近日，中国科学院合肥物质院智能所离子束研究中心吴跃进研究员课题组在水稻实心叶脉突变基因SM1的克隆和功能解析方面取得重要进展，研究成果以题为“Mutation of rice SM1 enhances solid leaf midrib formation and increases methane emissions”在线发表于国际期刊Plant Science上。
水稻叶脉作为水稻叶片重要的结构，一方面为水稻叶片提供力学支撑，另一方面介导着水、气体、碳水化合物等物质的运输，对水稻的生长发育起着非常关键的作用。然而，目前对水稻叶脉的形成与发育的分子机制研究尚不清楚。科研团队利用重离子辐照诱变获得一个叶片中脉空腔被薄壁细胞填充的水稻实心叶脉突变体，同时表现植株变矮，植株干重降低49.0%（图1），利用图位克隆技术获得控制水稻通气组织发育的关键基因SM1 (Solid Midrib 1, SM1) （图2）。分子机制研究显示：SM1基因编码一种小型拉链蛋白(ZPR)，它可以与OSHB1相互作用，抑制OSH1（茎尖分生组织形成的关键调节因子）的表达，从而影响水稻叶片通气组织的发育。
科研人员通过进一步研究发现，sm1突变体中通气组织被薄壁细胞填充，导致向根部运输氧气能力减少16.8%，水稻根际产甲烷菌活性增强，甲烷排放总量增加约96.8%（图3）。进而揭示了水稻通气组织对水稻生长和稻田甲烷排放具有关键作用，通过对sm1突变体研究也为育种提供新的思路，即选育水稻通气组织发达的水稻品种，向水稻根际提供更多的氧气，既有利于水稻“根深叶茂”获得高产，又可以降低稻田甲烷排放，实现水稻生产可持续发展。
该研究得到国家自然科学基金、中国科学院青促会、国家重点研发、安徽省重点研发等项目的资助。博士生姜鸿瑞为论文第一作者，叶亚峰副研究员、刘斌美研究员、吴跃进研究员为共同通讯作者。中国科学院遗传与发育生物学所傅向东研究员参与了该研究。
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2024.112312
图1 sm1突变体表型分析
图2 SM1基因图位克隆
图3 SM1基因工作模型
