OsWRKY53负调控水稻分蘖形成的遗传证据
通过系统比较野生型(LJ11)与oswrky53突变体的表型,发现突变体分蘖数显著增加48.3%(oswrky53-1)和47.7%(oswrky53-2),且在不同遗传背景(DHX2、LD16、SJ18、ZKF5)的基因编辑突变体均重复该表型。动态发育分析表明,OsWRKY53不影响腋芽起始,但抑制分蘖芽伸长,25天苗龄突变体的分蘖芽长度显著大于野生型。
OsWRKY53直接激活OsTB1转录的分子机制
RT-qPCR显示oswrky53突变体中分蘖负调控因子OsTB1表达显著下降。染色质免疫共沉淀(ChIP)和凝胶阻滞实验(EMSA)证实OsWRKY53直接结合OsTB1启动子的W-box顺式元件。双荧光素酶报告系统验证OsWRKY53可激活OsTB1启动子活性。在oswrky53背景下过表达OsTB1可完全回补高分蘖表型,表明OsWRKY53位于OsTB1上游遗传通路。
OsWRKY53-OsGT1协同增强OsTB1表达的调控网络
体内外实验(LCI、Co-IP、Pull-down)证明OsWRKY53与OsGT1直接互作。EMSA发现二者互可增强对方与OsTB1启动子的结合能力,双分子互补实验显示共表达时对OsTB1的转录激活效应显著强于单独表达。oswrky53 osgt1双突变体分蘖数呈现叠加效应,表明二者通过协同作用抑制分蘖。
OsWRKY53参与SL信号通路的精细调控
oswrky53突变体对SL类似物rac-GR24的敏感性降低。SL处理可诱导OsWRKY53蛋白通过26S蛋白酶体途径降解,而D53蛋白能与OsWRKY53互作并稳定其蛋白水平。细胞降解实验表明,在d53功能获得型突变体蛋白提取物中,OsWRKY53降解速率减慢。SL生物合成基因表达谱分析发现oswrky53中D10、D17、Os5100下调而Os900上调,ChIP-seq数据支持OsWRKY53直接调控D10表达。
OsGT1自然变异的育种价值评估
群体遗传分析发现OsGT1存在581位点(C/T)多态性,形成HAP1(主要存在于粳稻)和HAP2(主要存在于籼稻)单倍型。携带HAP2(OsGT1581T)的品种分蘖数显著多于HAP1。通过ePE2基因编辑将ZKF5背景的OsGT1转换为581T基因型,突变体分蘖数增加且单株产量提升27.7%,而千粒重等性状无显著变化,表明该等位变异具有育种潜力。
多维度调控网络的应用前景
研究提出D53通过不同伙伴分子对OsTB1进行双向调控的模型:D53与OsIPA1/OsBZR1互作抑制OsTB1表达,而与OsWRKY53互作则起稳定作用,形成信号缓冲机制。OsWRKY53同时具备株高降低、抗病性增强、抗逆性提升等多重优良性状,通过与粒型调控基因(如GW5、GS3)聚合育种,有望突破产量限制因子,为水稻理想株型设计提供新策略。