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李云海等研究组合作发现协同调控种子大小和氮利用效率的新机制

  • 转自：植物科学最前沿公众号
  • 日期：2024-05-07
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植物种子大小是重要的农艺性状，在提高作物产量和研究遗传进化等方面都具有重要意义。种子的大小与营养元素（如氮营养）的吸收利用密不可分，但植物如何协同调控种子大小和营养吸收利用的分子机理尚不清楚。
近期，中国科学院遗传与发育生物学研究所李云海研究员、王国栋研究员、胡赞民研究员、首都师范大学李乐攻教授和中国科学院上海生命科学研究院滕胜研究员（现工作单位为中国计量大学）等团队合作，发现了SSW1的自然变异协同调控种子生长和氮利用效率的新机制。利用拟南芥两种种子大小差异较大的生态型Cvi (Cape Verde Islands) 和 Ler (Landsburg erecta)，研究人员通过图位克隆的方法分离克隆到影响种子大小和重量的主要QTL基因 SSW1（Seed Size and Weight 1）。SSW1编码氨基酸转运蛋白AAP8。研究发现SSW1通过影响外珠被的细胞增殖母系影响地正调控种子大小。在油菜和拟南芥中过表达SSW1均能使种子增大增重。SSW1在拟南芥不同生态型中主要有三种自然变异(SSW1Ler、SSW1Cvi和 SSW1Col-0)，实验结果表明SSW1Cvi与SSW1Col-0的氨基酸转运能力相似，均高于SSW1Ler。进一步研究发现，SSW1Cvi与SSW1Ler对底物氨基酸的亲和力无显著差异，但SSW1Cvi对底物氨基酸的转运效率显著高于SSW1Ler。该转运效率的差异可能导致了它们转运氨基酸能力的差异，进一步影响了种子的氨基酸、蛋白含量和种子大小。SSW1Ler、SSW1Cvi和 SSW1Col-0这三种自然变异在世界范围内的分布与土壤氮含量直接相关，说明SSW1可能参与拟南芥对不同土壤氮含量的适应性。为了综合评估SSW1的应用潜力，研究人员利用不同氮处理，发现SSW1Cvi可以显著提高缺氮条件下植株的氮利用效率。该研究成果揭示了一个以前未被认识到的，协同调控种子生长和氮利用效率的分子机制，为提高作物的产量和降低氮肥的使用提供了基因资源和理论基础。
该研究成果以“Natural variation in SSW1 coordinates seed growth and nitrogen use efficiency in Arabidopsis”为题于2024年4月28日在线发表于Cell Reports杂志(DOI:10.1016/j.celrep.2024.114150)。遗传发育所江珊副研究员、已毕业的金锡铭博士和首都师范大学的在读博士生刘泽宾为该论文的第一作者，遗传发育所李云海研究员为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、中国博士后基金和中国科学院特别研究助理资助项目的支持。

 

图：SSW1的自然变异协同调控种子生长和氮利用效率的工作模型