近日，杂交水稻研究中心李莉团队在植物学国际权威期刊Plant Physiology在线发表了题为“EMBRYO SAC DEVELOPMENT 1 affects seed setting rate in rice by controlling embryo sac development”的研究论文，揭示了卵形家族蛋白EMBRYO SAC DEVELOPMENT 1（ESD1）通过调控水稻胚囊发育来影响结实率。
结实率是决定水稻产量的关键因素之一，因此深入研究影响结实率的作用机制对提高水稻产量具有重要意义。胚囊作为水稻小穗的重要组成部分，其发育直接影响结实率。卵形家族蛋白（OFP）在调控植物的生长发育中起关键作用，包括果实成熟和品质形成、DNA修复、次生细胞壁形成和胚囊发育等。此外，该团队之前研究发现，OFP家族蛋白ESD1主要在水稻穗部高表达。
在该研究中，原位杂交结合RT-qPCR结果显示，在水稻穗发育过程中，ESD1主要在胚珠中发挥功能，且表达蛋白定位于细胞质。利用CRISPR/Cas9技术获得了ESD1的功能缺失突变体esd1；表型分析发现，esd1突变体的株高、穗粒数、分蘖数、千粒重等与野生型相比无明显差异，但结实率显著降低。进一步研究发现，突变体esd1的雄蕊发育和花粉管生长均正常。突变体esd1小穗颖花受精率检测，以及正反交、饱和授粉结实率统计结果进一步表明，突变体esd1的花药发育正常，结实率降低的原因发生在受精作用之前。成熟胚囊结构检测结果表明，功能大孢子在有丝分裂过程中，突变体esd1部分胚囊的卵细胞在分化过程中降解，阻碍了后续的受精作用并最终导致结实率降低。此外，对参与水稻胚囊发育的相关基因进行转录水平检测并结合转录组数据分析，发现胚囊发育基因OsAPC6在突变体esd1中的表达显著下调。OsAPC6编码一种细胞周期相关的泛素连接酶，它可以通过泛素-蛋白酶体途径降解有丝分裂相关的调节因子。因此，泛素介导的蛋白降解途径可能参与了调控水稻胚囊的发育。
总之，该研究表明ESD1作为水稻结实率的关键调控因子，对提高水稻产量具有重要意义。该研究结果不仅有助于进一步阐明胚囊发育的调控机制，而且在揭示水稻籽粒形成的分子机制方面具有较高的理论价值。王天抗助理研究员为论文的第一作者，李莉研究员为论文的通讯作者，湖南农业大学王建龙教授为论文的共同通讯作者。
日期：2021-04-02
