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水稻正常植株与窄叶突变体nal21 中国农科院作科所供图
水稻叶片宽度调控基因NAL21在不同部位的表达 中国农科院作科所供图
2月16日，《植物生理》（Plant Physiology）在线发表中国农业科学院作物科学研究所作物功能基因组研究创新团队揭示的水稻叶片宽度调节的新机制。他们发现，核糖体蛋白NAL21/RPS3A通过调节生长素响应因子和叶片侧向扩展调节因子的翻译水平，来影响水稻叶片宽度。
论文通讯作者、作物科学研究所研究员李学勇介绍，叶片是植物进行光合作用、呼吸作用和蒸腾作用的重要器官，也影响着植物的整体株型结构。其中，叶片宽度是叶片形态的重要指标，是一个由多基因控制的复杂数量性状。当前，部分调控水稻叶片宽度的基因已被克隆，然而叶片宽度调控的分子机制，特别是蛋白翻译水平上的调控仍有待研究。
该研究通过诱变，获得了一个窄叶突变体nal21。该突变体叶片大叶脉、小叶脉数目减少，叶片表皮细胞体积变小，细胞数目也减少，导致叶片变短变窄，同时该突变体对生长素的敏感性也降低。
图位克隆表明，水稻叶片宽度调控基因NAL21编码一个核糖体小亚基蛋白RPS3A。研究发现，在nal21突变体中，核糖体结构异常，生长素响应因子ARFs的蛋白质翻译效率降低，导致生长素调控的叶片细胞分裂和扩展受阻。
进一步研究发现，RPS3A还能在翻译水平上调控叶片侧向扩展关键转录因子WOX3A的表达。通过提高ARFs和WOX3A的翻译效率，可使nal21突变体的叶片恢复正常表型。
该项研究揭示了叶片发育过程中关键转录因子的适当翻译调控是维持叶片正常形态所必需的，这项工作为完善水稻叶型发育分子机制提供新的理论依据。
该研究得到了国家转基因重大专项、国家自然科学基金、中国农科院科技创新工程和国家留学基金委等项目的资助。
相关论文信息：https://doi.org/10.1093/plphys/kiab075
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