近日，Plant Communications在線發表了題為“LAZY4acts additively with starch-statolith-dependent gravity-sensing pathway to regulate shoot gravitropism and tiller angle in rice”的研究論文。生命科學學院王文廣副教授，在讀博士生宋宇琪為該論文的共同第一作者，生命科學學院王永紅教授為該論文的通訊作者。

水稻是我國第二大主糧作物，如何通過水稻株型改良進一步提高水稻產量是科學家和育種家長期關注的焦點。分蘗角度是指水稻最外側分蘗與垂直線之間的夾角，是水稻株型的重要構成因子，直接影響水稻的種植密度從而決定水稻的群體產量。研究表明水稻分蘗角度與莖的重力反應密切相關。重力反應是指植物感受到重力刺激后重新調整生長方向從而維持各器官與重力方向最適角度的一種現象。植物如何感應重力一直是植物科學研究的難點和熱點。經典的淀粉平衡石學說認為植物對重力的感應是通過植物體內富含淀粉的造粉體沉降來實現的，造粉體在重力感應細胞中作為平衡石起到感應重力的作用。在前期研究中，王永紅教授團隊鑒定到兩個作用于經典淀粉平衡石途徑的水稻分蘗角度調控因子LAZY2（LA2）和LA3, 它們通過與淀粉合成途徑中的關鍵酶OspPGM形成蛋白復合體參與調控水稻重力感應器官中淀粉的合成，從而調節水稻早期的重力感應，進而調控水稻的重力反應和分蘗角度（New Phytologist, 2021; Plant Biotechnology Journal, 2023）。有意思的是，盡管la2和la3突變體的重力感應器官中的淀粉粒完全缺失，但突變體的重力反應僅表現為部分缺陷而非完全喪失，分蘗角度也僅表現為適度增大，暗示著水稻中還存在某種不依賴于淀粉平衡石的重力感應途徑介導的水稻分蘗角度調控機制。

LA4編碼一個C3H2C3類型的RING鋅指E3泛素連接酶，其表達水平受重力刺激誘導。遺傳學分析發現，LA4在調控水稻莖的重力反應和分蘗角度方面與LA2和LA3表現為加性效性，表明LA4通過一種不依賴于淀粉平衡石的重力感應機制來參與調控水稻的分蘗角度。在調控莖的重力反應過程中，LA4與LA2和LA3一樣，作用于分蘗角度“明星”基因LA1的上游。LA4介導的不依賴于淀粉平衡石的重力感應途徑和LA3-LA2介導的依賴于淀粉平衡石的重力感應機制，在調控水稻莖的重力反應和分蘗角度的過程均依賴于LA1介導的生長素不對稱分布。兩條途徑匯聚于LA1這一關鍵節點，共同調節水稻莖的重力反應和分蘗角度。該研究不僅拓寬了對水稻重力感應機制和分蘗角度遺傳調控網絡的認識，還為進一步解析不依賴于淀粉平衡石的水稻重力感應和分蘗角度調控機制奠定了基礎。

圖1 LAZY4基因調控水稻重力反應和分蘗角度的工作模型

崖州灣國家重點實驗室李家洋院士和浙江農林科技大學曾大力教授對本研究給予了大力指導和幫助。該研究得到了“十四五”國家重點研發計劃，國家自然科學基金和山東省頂尖人才“一事一議”項目的資助。

編      輯：萬    千 

審      核：賈    波