王台研究组揭示水稻垩白与整精米率的新机制
图1. SNG突变影响水稻粒型、产量和品质。a，突变体(Sng)、野生型(WT)及其F1的颖花与成熟籽粒；b~d，粒长（b）、粒宽（c）、粒厚（d）与千粒重（e）；f，颖果图像，箭头显示V型裂纹；g，裂纹籽粒统计；h，垩白籽粒统计；i~j，100个籽粒研磨后产生的整精米与碎米图像（i）与整精米率统计（j）。
水稻籽粒发育过程中，外部颖片和内部颖果的不平衡生长通常会导致颖果产生缺口，其特征是成熟颖果腹侧有可变长度的V型裂纹。研究显示约有6%的水稻种质材料产生V型裂纹颖果，而在大籽粒水稻种质材料中，这一比例高达16%。过量化肥使用、灌浆期温度异常变化等环境因素诱导颖果产生V型裂纹。颖果V型裂纹导致稻米垩白增加和整精米率降低，严重影响水稻产量和品质。因此，揭示稻米V型裂纹的分子细胞学机制对于水稻生产具有重要意义，然而目前对此机制尚缺乏了解。
中国科学院植物所王台研究组利用Small and notched grain （Sng）突变体解析了颖果V型裂纹产生的分子细胞学机制。研究发现水稻颖片细胞与颖果细胞的伸长方向是相互垂直的，而颖片细胞与器官相向伸长，颖果细胞与器官以相互垂直的方向伸长；颖片和颖果细胞在正交方向上伸长的独特布局是颖果产生V型裂纹的重要细胞学基础。结果显示Sng编码一个422位精氨酸突变为组氨酸的a-微管蛋白突变体。这个点突变影响了突变蛋白与b-微管蛋白的结合能力和杂合二聚体的形成，从而降低了微管的稳定性和微管的横向定向。这种微管动态的异常降低了颖片与颖果的细胞长度，但增加了他们的细胞宽（高）度，最终导致颖果变长和颖片变短，从而产生裂纹颖果。该研究阐明了颖果V型裂纹产生的细胞学基础，揭示了a-微管蛋白的点突变引起水稻颖果V型裂纹的分子机制，对水稻高产优质品种培育和栽培有重要意义。
该研究成果于2023年8月25日在线发表在New Phytologist期刊上。植物所出站博士后徐臣善论文的第一作者，王台研究员和邓祝云副研究员为共同通讯作者。清华大学黄善金教授也参与了该工作。研究得到了中国科学院先导专项和国家重点研发计划项目的资助。
文章链接：doi: 10.1111/nph.19226