近日，中國農業科學院作物科學研究所萬建民院士團隊與南京農業大學水稻所合作，闡明了生長素調控水稻光合產物在源庫間分配的分子機制，為利用源-庫-流提高農作物產量提供了重要理論依據，該研究是團隊在水稻秈粳交雜種優勢利用和生長發育領域取得的又一重要進展。相關研究成果在線發表在《美國科學院院刊（PNAS）》。
蔗糖等光合作用產物在源（葉片）和庫（果實和種子）器官間的分配與運輸是直接影響農作物產量的重要因素。生長素是植物體內的一種非常重要的激素，具有調控作物生長發育的多種生理功能。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仍然不清楚。
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失活的dao 突變體，該突變體不能將活性狀態的生長素（IAA）失活，破壞了體內IAA的動態平衡，導致單性結實。進一步研究發現，dao 突變體葉片中蔗糖含量增加，但花器官（漿片、花藥和子房）中的蔗糖含量卻顯著降低。測序分析顯示，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敲除系均能夠再現 dao 突變體的表型。實驗證明， OsARF2 通過直接結合 OsSUT1 啟動子中的糖響應元件調節其表達，而 OsARF18 則通過直接結合生長素反應元件或糖響應元件抑制 OsARF2 和 OsSUT1 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。研究結果揭示了生長素信號級聯反應調控蔗糖轉運子表達，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，為通過協調源-庫-流分配提高農作物產量提供了重要理論依據。
研究得到了國家自然科學基金重大項目、國家重點研發計劃等項目的資助。
論文鏈接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2121671119
