Science Advances | 湖南大学李长圣团队解析一种新型水稻独脚金内酯的生物合成途径和功能

责编 | 王一

独脚金内酯的功能复杂，既可作为植物激素调控生长发育，又可作为根际通讯信号分子介导植物与其他生物的互作。水稻是全球最重要的粮食作物之一，产生多种不同的独脚金内酯，然而迄今只有两种典型结构的独脚金内酯（4DO和orobanchol）被明确鉴定和解析。挖掘鉴定作物中更多天然、新型的独脚金内酯，可为独脚金内酯等植物活性小分子在农业生产中的应用提供理论依据和新视角。

近日，湖南大学生物学院李长圣课题组在Science Advances上发表了题为OsCYP706C2 diverts rice strigolactone biosynthesis to a noncanonical pathway branch的研究论文。该研究从水稻材料Nipponbare的根系分泌物中首次明确鉴定出一种新型结构的独脚金内酯（4-oxo-MeCLA），并阐明了其生物合成途径及其在根系发育和与丛枝菌根真菌共生中的作用。

该研究利用拟南芥、番茄和水稻的基因表达数据集进行跨物种共表达分析，筛选得到水稻独脚金内酯生物合成候选基因；随后通过酵母微粒体表达和本氏烟草叶片瞬时表达系统，阐明了一种新的水稻独脚金内酯（4-oxo-MeCLA) 的生物合成途径。

图1. 水稻中三种独脚金内酯的生物合成途径

进一步对上述合成过程关键基因OsCYP706C2的突变体材料分析，结果表明：该突变体不能产生4-oxo-MeCLA，未表现出分蘖增多的表型，但苗期根系的生长发育和和丛枝菌根真菌的定植受到影响。

该项研究成果有助于深入理解作物中独脚金内酯结构和功能的复杂关联，为独脚金内酯在作物性状改良和增强有益互作等方面的实践应用提供了理论基础。

图2. 水稻独脚金内酯生物合成基因OsCYP706C2突变体的表型分析

湖南大学生物学院李长圣教授为第一作者，荷兰阿姆斯特丹大学Harro Bouwmeester教授和Lemeng Dong助理教授为通讯作者。荷兰阿姆斯特丹大学、沙特阿卜杜拉国王科技大学、意大利巴里大学、意大利都灵大学、先正达公司、瓦赫宁根大学暨研究中心、瑞士巴塞尔大学、巴西圣保罗州立大学、法国斯特拉斯堡大学、荷兰莱顿大学等多家科研院所和机构共同参与本项研究。该研究获科技部高端外国专家引进项目、湖南省自然科学基金杰青项目、欧盟ERC项目、玛丽居里项目等资助。

团队负责人李长圣，现为湖南大学生物学院教授，博导，湖南省芙蓉计划高层次人才引进计划项目科技创新类青年人才（2023年），获湖南省自然科学基金杰青项目（2024年）。课题组主要从事作物独脚金内酯等天然小分子的鉴定和功能研究，综合运用生物信息学、生化和分子生物学、化学生物学和代谢组学等技术，结合种质资源筛选和突变体创建，挖掘作物中的新型激素和通讯信号分子，进一步解析其生物合成途径和作用机理，拓展其在农业生产中的应用。近年来，研究结果发表在Science、Science Advances、The Plant Cell等期刊。团队诚挚招聘博士及硕士研究生、科研助理、博士后和Co-PI（助理教授、副教授）。有意向者请发送简历和相关材料至changshengli@hnu.edu.cn。

论文链接：

https://doi.org/10.1126/sciadv.adq3942