The Crop Journal | 复旦大学联合中科院植物所揭示TAF2调控水稻籽粒大小的分子机制

水稻是世界上最重要的粮食作物之一，其产量主要取决于粒重、穗粒数和分蘖数三个重要农艺性状。虽然目前已经克隆了大量的粒型调控基因，但这些基因主要通过参与代谢途径、激素及G蛋白信号转导途径、蛋白质降解和转录调控等途径调节颖壳细胞的分裂或膨大来调控水稻粒型。为了完善分子育种，仍有许多粒型调控基因有待进一步挖掘。在真核生物中，转录起始复合物主要由RNA聚合酶Ⅱ和TFIIA、TFIIB、TFIID、TFIIE、TFIIF及TFIIH等基础转录因子组成。其中TFIID由TATA-box结合蛋白（TBP）和13–14个保守的TBP相关因子（TAF）组成。TAF主要识别并结合蛋白编码基因的启动子，可与转录激活因子或组蛋白修饰蛋白结合。目前关于TAF参与调控水稻粒型的分子机制鲜有报道。

近日，复旦大学联合中国科学院植物研究所在The Crop Journal在线发表了题为“TATA-box binding protein-associated factor 2 regulates grain size in rice”的研究论文，以籼稻特青（TQ）背景下的自然突变体rgh1（reduced grain size and plant height 1）为研究材料，对其目的基因进行鉴定，并对RGH1调控水稻粒型的分子机制进行研究。

研究者发现，与TQ相比，自然突变体rgh1株高矮化，籽粒变小，且穗粒数和结实率也显著降低（图1）。利用图位克隆的方法对其目的基因进行定位和克隆，发现TAF2基因的一处G/T单碱基替换导致了该突变体表型。通过对TAF2敲除突变体进行分析，发现水稻粒型对TAF2的不同突变类型较为敏感（图2）。为探究RGH1调控籽粒大小的细胞学机制，利用扫描电镜观察TQ和rgh1颖壳外表皮细胞，发现rgh1籽粒变小主要是由于颖壳外表皮细胞数目减少导致（图3）。通过对TQ和rgh1幼穗中细胞周期相关基因的相对表达量进行分析，发现突变体rgh1中MCM10、MAD2、CYCD4;1、MCM4、KN和CDKA1的表达量降低（图3）。RNA-seq结果表明，rgh1突变体中差异表达基因主要参与基础的生物学过程（图4）。该研究结果表明，在水稻育种过程中要避免引入RGH1的不利突变，同时可以利用水稻粒型对RGH1不同突变类型的敏感性，实现产量和抗倒伏之间的平衡，为设计最佳育种策略提供新思路。

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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