Plant Physiol | 南京农业大学丁艳锋团队揭示糖信号调控水稻叶鞘非结构性碳水化合物转运的生理机制

近日，南京农业大学丁艳锋教授团队在Plant Physiology在线发表了题为Sucrose non-fermenting-1-related protein kinase 1 regulates sheath-to-panicle transport of non-structural carbohydrates during rice grain filling的研究论文，阐明了蔗糖非酵解蛋白激酶SnRK1在水稻叶鞘非结构性碳水化合物（Non-Structural Carbohydrate, NSC）向穗部转运过程中的功能和调控机制，为提高叶鞘NSC再分配和水稻产量提供了新的思路。

大穗（穗粒数多）已经成为现代水稻品种高产的主要特征，然而大穗带来的籽粒灌浆问题，限制了大穗型品种的高产潜力。籽粒灌浆所需的同化物主要来自花后功能叶的光合作用和储存在叶鞘、茎秆中的NSC的再分配，促进更多叶鞘NSC向籽粒转运是挖掘产量潜力尤其是大穗型水稻品种产量潜力的有效途径。

该研究首先发现光合叶面积减少会加速叶鞘NSC转运，且伴随着OsSnRK1a表达量、SnRK1a蛋白丰度、SnRK1催化亚基磷酸化水平和SnRK1活性的升高，暗示着SnRK1可能在叶鞘NSC转运中起重要作用。进一步研究表明海藻糖-6-磷酸和OsSnRK1a表达量响应蔗糖水平的变化并调控叶鞘SnRK1活性。随后，该研究利用CRIPSR/Cas9技术构建了snrk1a功能缺失型突变体，突变体表现出叶鞘淀粉分解和蔗糖转运受到抑制，结实率和千粒重降低，验证了SnRK1在叶鞘NSC转运过程中的重要性。最后，通过比较分析snrk1a突变体和野生型的磷酸化蛋白质组学和平行反应监测（PRM）验证，发现SnRK1主要通过磷酸化修饰，调控淀粉分解、蔗糖代谢、韧皮部运输、蔗糖跨液泡膜转运和糖酵解途径的相关酶来促进叶鞘NSC向穗部转运。

图1. SnRK1响应蔗糖调动叶鞘NSC向穗部转运的模式图

南京农业大学陈琳副教授和丁承强副教授为论文的共同通讯作者，博士研究生胡宇翔为第一作者。博士研究生刘嘉俊及林焱也参与了部分研究。该工作得到国家自然科学基金和江苏省优秀青年基金等项目的资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1093/plphys/kiac124