水稻颖壳包括内稃和外稃,是禾本科植物所特有的外轮花器官。内/外稃保护内部器官免受病原体和昆虫的侵害，更重要的是为种子发育提供营养并决定种子大小，从而影响籽粒产量和品质。近-远轴极性建立对于内/外稃形态和功能至关重要，转录因子、microRNAs（miRNAs）和反式作用小干扰RNA（tasiRNAs）在其中发挥重要调控作用。ARFs是植物侧生器官极性发育的重要决定因子。之前研究表明，进化上保守且靶向生长素响应因子（ARFs，AUXIN-RESPONSEFACTORS）的tasiRNAs（tasiR-ARFs）通过转录后抑制ARFs表达来调节水稻外稃极性的建立，但其详细调控机制仍有待探索。tasiR-ARFs的形成机制与siRNAs类似，需RNA依赖的RNA聚合酶6（RDR6）。另有研究指出，除tasiR-ARF外，还存在其他调控ARFsd的极性决定因子。
KANADI基因家族成员在远轴组织中表达，是侧生器官远轴化调控的关键因子，并可能在开花植物远轴细胞命运特化中具有功能保守性。作为转录因子，拟南芥KANADI1与特定顺式作用元件结合，转录抑制生长素合成、运输、响应等靶基因的表达。在水稻中的初步研究显示，OsKANADI1与籽粒大小相关基因的启动子结合，并由此可能影响籽粒大小。除此之外，尚不清楚OsKANADI1的其他功能靶标。年4月11日，ThePlantJournal在线发表了中国科学院遗传与发育生物学研究所植物基因组学国家重点实验室曹晓风院士团队题为“ControlofOsARF3abyOsKANADI1contributestolemmadevelopmentinrice”的研究论文，遗传发育所青年研究员宋显伟为本文共同通讯作者。该研究发现MYB-like转录因子OsKANADI1与tasiR-ARFs协同调控OsARF3a的稳态表达，从而确保水稻外稃正常发育。
该团队之前研究发现，osrdr6-1突变体在日平均温度32°C高温环境下产生异常的芒状外稃，该极性缺陷是由tasiR-ARFs介导的OsARFs抑制缺失所致。为鉴定作用于水稻外稃发育的其他调控因子，本研究对osrdr6-1突变体进行EMS化学诱变，并筛选在高温环境下可恢复其突变表型的抑制突变株。从M2代株系中分离到3个抑制突变株，huifu1（hf1）、hf9和hf17（图1）。
图1.野生型中花11（ZH11）、osrdr6-1及其抑制突变株系在日平均温度28°C和32°C下的颖花表型（le，外稃；pa，内稃）测序映射显示HF1编码蛋白为KANADI1家族转录因子。hf1突变能够部分恢复osrdr6-1外稃缺陷，但并没有恢复其tasiR-ARF水平。DNA亲和纯化测序（DAP-seq）鉴定出17,个OsKANADI1结合位点，其中大部分包含SPBP-box结合基序（RGAATAWW）并位于启动子、蛋白质编码区、内含子和基因间隔区。在OsKANADI1所结合的靶基因中，OsARF3a显示出较强的结合信号。经验证，OsKANADI1可在体外和体内直接与OsARF3a的内含子结合，并在转录水平促进OsARF3a表达。另遗传分析和全基因组重测序显示，hf9和hf17是含有OsRDR6突变的基因内抑制突变株，osrdr6-1hf9和osrdr6-1hf17的表型恢复是通过回补OsRDR6依赖的tasiR-ARF水平，并进而抑制OsARF3a表达而实现的。
图2.在高温环境水稻外稃发育中，tasiR-ARFs和OsKANADI1共同调控OsARF3a表达的工作模型。OsKANADI1在转录水平上正调控OsARF3a表达，而tasiR-ARFs在转录后水平负调控OsARF3a，这两种调控机制相互协调，以确保OsARF3a转录本维持在适当水平，从而调节水稻外稃正常发育。该研究特别感谢上海交通大学薛红卫教授和中国农业大学李继刚教授给予实验上的帮助。相关工作得到了国家自然科学基金、中国科学院前沿科学重点研究项目和植物基因组学国家重点实验室的资助。
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本文编辑：佚名
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