農(nóng)學(xué)院、亞熱帶農(nóng)業(yè)生物資源保護(hù)與利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部華南作物資源高效利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、廣東省植物分子育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室謝慶軍課題組在中科院一區(qū)Top期刊New Phytologist（IF5-year =10.5）在線發(fā)表了題為“Dynamic monitoring of TGW6 by selective autophagy during grain development in rice”的研究論文（論文鏈接：https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.19271）。文章報(bào)道了選擇性細(xì)胞自噬通過(guò)降解THOUSAND-GRAIN WEIGHT 6 (TGW6)蛋白調(diào)節(jié)水稻籽粒發(fā)育的分子機(jī)理，為水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的協(xié)同改良提供了新見(jiàn)解。
在人口不斷增長(zhǎng)和環(huán)境惡化的背景下，糧食安全是全球關(guān)注的重大戰(zhàn)略問(wèn)題。提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)是保證糧食安全的關(guān)鍵。粒型是控制產(chǎn)量與品質(zhì)的重要因素，通過(guò)揭示水稻粒型與品質(zhì)的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，可為水稻高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)新品種的選育提供重要理論基礎(chǔ)和新靶點(diǎn)。該研究報(bào)道了細(xì)胞自噬作為真核生物在進(jìn)化過(guò)程中高度保守的重要降解途徑，對(duì)水稻籽粒的粒型和品質(zhì)的調(diào)控起著重要作用。當(dāng)水稻自噬相關(guān)基因Autophagy-related 9b (OsATG9b)或Autophagy-related 13a (OsATG13a)發(fā)生突變時(shí)，籽粒變小，且堊白率增加。相反，過(guò)表達(dá)OsATG9b或OsATG13a則提高籽粒的大小與品質(zhì)。TGW6已被報(bào)道調(diào)控籽粒大小和品質(zhì)，已成功用于高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)水稻品種的分子育種。該研究揭示了選擇性細(xì)胞自噬通過(guò)降解TGW6調(diào)控籽粒發(fā)育。TGW6通過(guò)典型的Atg8相互作用基序(Atg8-interacting motif, AIM)與Autophagy-related 8 (OsATG8)相互作用，然后被招募到自噬體中進(jìn)行降解。OsATG9b或OsATG13a表達(dá)量的改變都會(huì)導(dǎo)致籽粒生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)期的TGW6發(fā)生相應(yīng)變化。遺傳分析證實(shí)，在osatg9b或osatg13a突變體中敲除TGW6可以部分恢復(fù)其籽粒大小的缺陷，表明TGW6是自噬調(diào)控籽粒發(fā)育的底物之一。該研究表明自噬是調(diào)節(jié)水稻籽粒大小與品質(zhì)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)通路，以及提供了利用自噬相關(guān)基因OsATG9b和OsATG13a達(dá)到高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)新品種選育的潛在可能。
水稻細(xì)胞選擇性自噬降解TGW6調(diào)節(jié)籽粒發(fā)育模式圖
農(nóng)學(xué)院2020級(jí)已畢業(yè)碩士生劉梓楠為第一作者，謝慶軍課題組的楊倩穎副教授、2021級(jí)在讀研究生吳平凡、2018級(jí)已畢業(yè)碩士生李逸凡和2017級(jí)已畢業(yè)碩士生林燕妮為共同第一作者，謝慶軍教授為通訊作者。該研究得到了“十四五”廣東省農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新九大主攻方向-廣東重要農(nóng)作物功能基因挖掘與應(yīng)用（2022SDZG05）、國(guó)家自然科學(xué)基金（31971920）、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)重大項(xiàng)目（2019B030302006）、廣東省自然科學(xué)基金（2021A1515012053）、亞熱帶農(nóng)業(yè)生物資源保護(hù)與利用課題（SKLCUSA-a202008）、“西部之光”項(xiàng)目（xbzg-zdsys-202111）、珠江人才計(jì)劃（20170104）以及“雙一流”學(xué)科推進(jìn)項(xiàng)目（2021B10564001）等資助。
文圖/農(nóng)學(xué)院 楊倩穎
