Naukowcy odkrywają szlak sygnałowy auksyny oparty na fosforylacji do regulacji wielkości nasion

W badaniu opublikowanym w Raporty komórkowe, grupa prof. Song Xianjun z Instytutu Botaniki Chińskiej Akademii Nauk odkryła sieć genów leżącą u podstaw regulacji wielkości nasion ryżu.

Naukowcy odkryli, że genetycznie zdefiniowana kaskada — OsTIR1–OsIAA10–OsARF4 — odgrywa ważną rolę w kontrolowaniu ryż wielkość ziarna, a fosforylacja OsIAA3 o masie tysiąca ziaren na chromosomie 3 (TGW10) reguluje cechę poprzez zmianę odpowiedniej sygnalizacji auksyny.

Ryż uprawny (Oryza sativa L.) jest ważną rośliną uprawną, która żywi ponad połowę światowej populacji. W przypadku ryżu wielkość ziarna jest ważną cechą agronomiczną, która znacząco wpływa na plon i jakość ziarna. Jednak do tej pory opisano kilka genetycznie zdefiniowanych ścieżek kontroli wielkości ziarna.

Wraz z innymi grupami naukowcy zgłosili w 2018 r. duży QTL dla wielkości ziarna i plonu, zwany TGW3, którego gen docelowy koduje kinazę białkową podobną do GSK3. Następnie zidentyfikowali kanoniczne białko auksyny/kwasu indolo-3-octowego OsIAA10 jako nowego wchodzącego w interakcje partnera TGW3. Zgodnie z oczekiwaniami TGW3 ma zdolność fosforylacji OsIAA10.

Co ciekawe, w tym badaniu naukowcy zidentyfikowali trzy miejsca serynowe – Ser68, Ser75 i Ser97 – OsIAA10 jako główne aminokwasy fosforylowane przez TGW3 i odkryli, że fosforylacja OsIAA10 bierze udział w regulacji wielkości ziarna.

Ponadto wykazali, że fosforylacja OsIAA3 przez TGW10 sprzyja wszechobecności i proteolizie substratu. Mechanistycznie fosforylacja OsIAA10 sprzyja jego interakcji z OsTIR1, ale utrudnia jego powiązanie z OsARF4.

Ponadto, dowody genetyczne wskazało, że żywotna oś sygnalizacyjna auksyny OsTIR1 – OsIAA10 – OsARF4 reguluje wielkość ziarna ryżu.

„TGW3 może pośredniczyć w odpowiedzi brassinosteroidowej (BR), a efekt fizjologiczny może być przenoszony przez szlak regulacyjny” – powiedział dr Ma Ming, pierwszy autor badania.

Ogólnie rzecz biorąc, odkrycia te odkrywają szlak sygnałowy auksyny oparty na fosforylacji do regulacji wielkości nasion w ryżu, dostarczając przydatnych informacji do poprawy cech agronomicznych upraw.