近日，雜交水稻研究中心李莉團(tuán)隊(duì)在植物學(xué)國(guó)際權(quán)威期刊Plant Physiology在線(xiàn)發(fā)表了題為“EMBRYO SAC DEVELOPMENT 1 affects seed setting rate in rice by controlling embryo sac development”的研究論文，揭示了卵形家族蛋白EMBRYO SAC DEVELOPMENT 1（ESD1）通過(guò)調(diào)控水稻胚囊發(fā)育來(lái)影響結(jié)實(shí)率。
結(jié)實(shí)率是決定水稻產(chǎn)量的關(guān)鍵因素之一，因此深入研究影響結(jié)實(shí)率的作用機(jī)制對(duì)提高水稻產(chǎn)量具有重要意義。胚囊作為水稻小穗的重要組成部分，其發(fā)育直接影響結(jié)實(shí)率。卵形家族蛋白（OFP）在調(diào)控植物的生長(zhǎng)發(fā)育中起關(guān)鍵作用，包括果實(shí)成熟和品質(zhì)形成、DNA修復(fù)、次生細(xì)胞壁形成和胚囊發(fā)育等。此外，該團(tuán)隊(duì)之前研究發(fā)現(xiàn)，OFP家族蛋白ESD1主要在水稻穗部高表達(dá)。
在該研究中，原位雜交結(jié)合RT-qPCR結(jié)果顯示，在水稻穗發(fā)育過(guò)程中，ESD1主要在胚珠中發(fā)揮功能，且表達(dá)蛋白定位于細(xì)胞質(zhì)。利用CRISPR/Cas9技術(shù)獲得了ESD1的功能缺失突變體esd1；表型分析發(fā)現(xiàn)，esd1突變體的株高、穗粒數(shù)、分蘗數(shù)、千粒重等與野生型相比無(wú)明顯差異，但結(jié)實(shí)率顯著降低。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，突變體esd1的雄蕊發(fā)育和花粉管生長(zhǎng)均正常。突變體esd1小穗穎花受精率檢測(cè)，以及正反交、飽和授粉結(jié)實(shí)率統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)一步表明，突變體esd1的花藥發(fā)育正常，結(jié)實(shí)率降低的原因發(fā)生在受精作用之前。成熟胚囊結(jié)構(gòu)檢測(cè)結(jié)果表明，功能大孢子在有絲分裂過(guò)程中，突變體esd1部分胚囊的卵細(xì)胞在分化過(guò)程中降解，阻礙了后續(xù)的受精作用并最終導(dǎo)致結(jié)實(shí)率降低。此外，對(duì)參與水稻胚囊發(fā)育的相關(guān)基因進(jìn)行轉(zhuǎn)錄水平檢測(cè)并結(jié)合轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)胚囊發(fā)育基因OsAPC6在突變體esd1中的表達(dá)顯著下調(diào)。OsAPC6編碼一種細(xì)胞周期相關(guān)的泛素連接酶，它可以通過(guò)泛素-蛋白酶體途徑降解有絲分裂相關(guān)的調(diào)節(jié)因子。因此，泛素介導(dǎo)的蛋白降解途徑可能參與了調(diào)控水稻胚囊的發(fā)育。
