8月30日，南京農業大學萬建民院士團隊關于生長素調控水稻光合產物源庫分配和生長發育機制的研究成果“Auxin regulates source-sink carbohydrate partitioning and reproductive organ development in rice”在PNAS上發表。   　　光合作用產物在源（葉片）和庫（果實和種子）器官間分配與運輸將直接影響農作物的產量。作物利用蔗糖轉運子（SUTs/SUCs）將光合產物（主要是蔗糖）從源（葉片）經過韌皮部的篩管組織長距離輸送到庫器官，然后在庫中卸載；一方面庫中的蔗糖產生膨壓將為其他物質（包括營養物質、水和信號分子）長距離運輸創造了驅動力，另一方面，運輸到庫中的蔗糖也是作物籽粒合成淀粉的主要原料。眾所周知，植物激素生長素調控作物生長發育的各個方面，然而，目前關于生長素和蔗糖這兩大信號分子如何協同調控作物生長發育的分子機制依然不清楚。   　　在前期研究中，該團隊篩選獲得了一個水稻生長素氧化雙加氧酶（Dioxygenase for Auxin Oxidation, DAO）失活的dao突變體（Dev Cell, 2013），該突變體在抽穗開花時期不能將有活性的生長素（IAA）氧化成無活性的OxIAA，破壞了體內IAA的動態平衡，出現穎殼不能正常張開、花藥不能正常開裂、籽粒不能正常灌漿和單性結實的表型。本研究發現dao突變體由于生長素水平升高導致植株葉片中蔗糖含量增加，但花器官（主要是漿片、花藥和子房）中的蔗糖含量卻顯著降低。對野生型和突變體葉片進行[14C]-蔗糖喂養實驗，結果顯示在dao突變體葉片中顯著積累放射性蔗糖，但在花藥和子房中放射性蔗糖卻顯著減少。RNA-Seq分析顯示，在dao突變體漿片中生長素轉錄因子OsARF18表達上調，而OsARF2表達下調。OsARF18的過表達系或OsARF2敲除系能夠再現dao突變體的表型。EMSA實驗證明OsARF2 通過直接結合OsSUT1啟動子中的糖響應元件（SuRE） 調節OsSUT1的表達，而OsARF18 通過直接結合生長素反應元件AuxRE 或SuRE 抑制OsARF2和OsSUT1 的表達，從而調控蔗糖從源到庫的運輸。而在dao和Osarf2 突變體中過表達OsSUT1基因，能顯著提高突變體穎花張開率和小穗結實率。這些研究結果揭示了IAA-OsARF18-OsARF2生長素信號級聯反應調控蔗糖轉運子OsSUT1表達，調節蔗糖從源（葉片）到庫（漿片、花藥和子房）的分配，進而影響水稻穎殼張開、花藥開裂和籽粒灌漿結實的分子機制，將為如何協調源-庫-流提高農作物產量提供理論依據。   　　南京農業大學趙志剛教授、王超龍講師、余曉文教授為論文的共同第一作者，萬建民院士和趙志剛教授為本文的通訊作者，中國農科院作物科學研究所王海洋研究員和江蘇省農業科學院生物技術所張云輝研究員也參與了此項研究。感謝Yunde Zhao 教授（University of California, San Diego）和W. Terzaghi教授（Wilkes University）對本研究提出非常好的建議，該研究得到國家自然科學基金重大項目、國家重點研發計劃、江蘇省重點研發計劃等項目的資助。   　　萬建民院士團隊長期從事水稻秈粳亞種間雜種育性的基礎研究，十三五以來在水稻秈粳交雜種優勢利用和生長發育領域發表研究論文多篇，包括Genetics（2016），Science（2018），Plant Physiol.（2019），PNAS（2022）等。這些研究結果將為水稻秈粳交雜種優勢利用提供重要基因資源，為水稻超高產育種提供理論支撐。   　　論文鏈接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2121671119