科技成果农作物优良性状形成过程中生长调节机理的研究

农作物的优良性状，如萌发率高、结实率高以及抗逆性强等，是保障和提高作物产量的重要因素，决定农业经济效益，关系着国家粮食安全。因此，研究农作物优良性状形成机理具有重要的科学和实践意义。植物生长与农作物优良性状形成密切相关，如幼苗生长决定植物抗逆性、胚轴生长决定植物种子破土能力、花粉管生长决定植物结实率等。细胞骨架（包括微管和微丝骨架），作为细胞支架，是支撑细胞形态的必需因子。蔗糖转运蛋白将蔗糖从源端（主要是叶片）运输到库端（根等部位），保障细胞生长的营养。因此，细胞骨架和蔗糖转运蛋白在植物生长过程中起到必不可少的作用。然而，由于细胞骨架结构小，蔗糖转运是一个动态变化过程等原因，造成相关研究技术较难。2007年以前，细胞骨架和蔗糖转运蛋白与农作物优良性状形成机理的联系还未建立。本项目以细胞骨架和蔗糖转运蛋白为研究对象，针对重要农作物性状，开展了一系列生长调控机制研究，以期在农作物优良性状形成过程中植物生长调节机理研究领域中提供新的研究方向和重要的科学证据，同时为农作物增产和培育优良品种提供重要的理论依据。主要取得了如下研究成果。（1）与植物抗逆性相关的幼苗生长机理中，证明了2种细胞骨架、2种微管结合蛋白和3种蔗糖转运蛋白的作用及其机制。①揭示了在逆境下微管和微丝骨架的动态过程，并且证明其动态是幼苗生长关键调节过程，从而决定植物抗逆性；②微管结合蛋白MAP18和MAP65-2通过调节微管动态，影响幼苗生长和植物抗逆性；③蔗糖转运蛋白At-SUC2、AtSUC4、AtSUC9通过调节幼苗生长过程中蔗糖含量，从而提高植物抵抗逆境的能力。（2）与植物种子破土能力相关的胚轴生长机理中，发现了微管骨架和3种微管结合蛋白，并阐明作用机制。①MDP25通过调节微管不稳定性，MDP40通过植物激素油菜素内酯的调节，WDL3通过稳定微管，从而3种微管结合蛋白调控拟南芥下胚轴伸长；②微管骨架通过调节植物激素赤霉素含量，调节水稻胚轴生长。（3）与植物结实能力相关的花粉管生长机理中，鉴定了2种微管结合蛋白，并阐明作用机制。①马铃薯微管结合蛋白SB401通过与微管和微丝的相互作用，在植物花粉管细胞伸长过程中起重要作用；②微管结合蛋白MDP25受Ca2+调控，通过切割花粉管亚顶端的微丝而改变其排列和动态，进而调控花粉管细胞伸长过程。本项目在国内外期刊上发表40余篇论文，其中SCI收录20余篇，以第一或者通讯作者在《Plant Cell》（IF:9.653）上发表了4篇。8篇代表作累计影响因子为59.528，引用287次。所列19篇主要文章总影响因子为124.245，引用570次。此外，本项目研究成果被生物学国际顶级期刊广泛引用和高度评价。例如，8篇代表作曾被《Cell》（IF:28.71）《Annual Review of Plant Biology》（IF:22.1）等期刊多次引用；代表作1自网上发表以来，连续数月为该杂志排名前10的访问文章，目前已被《Cell》等多次引用；代表作4，5，6，7分别连续4年被植物学报“中国植物科学若干领域重要研究进展”文章中列为重要研究结果，同时给予高度评价。

本项目由沈阳农业大学汪澈教授主持，获2019年度辽宁省自然科学三等奖。