内外稃是禾本科作物特有的花器官，决定籽粒的大小并影响产量。麦类作物稃片顶端还有针状的芒结构，具有保护种子不受鸟类等动物的吞食、促进种子传播和进行光合作用增加籽粒营养物质积累的作用。然而，控制麦类作物内外稃和芒发育的分子和遗传调控网络尚不清楚。
近日，Nature Communications在线发表了上海交通大学张大兵教授团队题为“MADS1-regulated lemma and awn development benefits barley yield”的研究论文，该研究报道了大麦MADS1通过调控外稃和芒的发育影响籽粒大小和产量的机制。上海交通大学生命科学技术学院石建新研究员和南京农业大学李刚教授为论文共同通讯作者，上海交通大学张月雅博士和沈超群博士为本文共同第一作者，上海交通大学三亚崖州湾深海科技研究院为署名单位。
本研究通过基因编辑获得了大麦中SEPALLATA类MADS-box基因HvMADS1的突变体，观察发现相对于野生型，突变体的外稃宽度变窄、芒变短，籽粒宽度、厚度和千粒重显著降低。进一步的研究发现，HvMADS1与花器官发育A类调控因子HvAPETALA2（HvAP2）形成蛋白复合体，诱导SHORT INTERNODES（HvSHI）和DROOPING LEAF（HvDL）2个关键下游转录因子的表达，通过调控细胞增殖促进外稃宽度发育和芒的伸长。此外，分析发现HvMADS1在小麦中的同源基因具有保守的生物学功能。
图1.MADS1调控外稃和芒发育的作用机制
综上，该研究揭示了大麦中HVMADS1介导的转录调控模块控制外稃和芒发育的新机制，为深入探索麦类作物籽粒大小和芒发育的分子机理和遗传调控网络提供了新的方向。
论文链接：www.nature.com/articles/s41467-023-44457-8
转自：上海交通大学学术新闻网
