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近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所小麥基因資源發(fā)掘與利用創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)克隆了小麥矮稈基因GSK3，并揭示了該基因通過編碼蛋白激酶磷酸化小麥綠色革命蛋白Rht-B1b來降低株高的分子機(jī)制，為小麥株型遺傳改良提供了新思路。相關(guān)研究成果在線發(fā)表于《植物細(xì)胞》(《Plant Cell》)上。

20世紀(jì)60年代綠色革命期間，利用Rht-B1b和Rht-D1b半矮化等位基因，降低小麥株高，產(chǎn)生半矮化表型，提高了小麥抗倒伏能力和收獲指數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)了小麥的增產(chǎn)。然而，穩(wěn)定的Rht-B1b蛋白如何被激活或調(diào)控實(shí)現(xiàn)降低小麥株高的分子基礎(chǔ)仍然未知。

圖為小麥綠色革命蛋白Rht-B1b磷酸化調(diào)控的分子機(jī)制。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所供圖

科研人員篩選到一個矮稈、葉片直立生長的小麥突變體，通過對該突變體的分析，克隆到功能獲得性GSK3等位基因;該突變體表現(xiàn)出對植物激素油菜素內(nèi)酯不敏感表型，表明GSK3參與調(diào)控小麥油菜素內(nèi)酯信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)GSK3激酶可以與小麥綠色革命蛋白Rht-B1b相互作用并介導(dǎo)蛋白磷酸化，進(jìn)而降低小麥株高。該研究是小麥綠色革命分子基礎(chǔ)研究領(lǐng)域的一個重要進(jìn)展，揭示了Rht-B1b蛋白磷酸化調(diào)控的分子機(jī)制：Rht-B1b蛋白不僅需要逃避赤霉素誘導(dǎo)的蛋白降解，還需要GSK3介導(dǎo)的磷酸化來增強(qiáng)其活性和穩(wěn)定性，才能發(fā)揮其降低小麥株高的生物學(xué)功能。該研究為小麥株型遺傳改良提供了理論基礎(chǔ)和新思路。

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