2021年5月22日，Plant Physiology在線發表了2003网站太阳集团郭新紅課題組題為“Lectin receptor-like kinase LecRK-VIII.2 is a missing link in MAPK signaling-mediated yield control”的研究論文，揭示了拟南芥凝集素類受體激酶LecRK-VIII.2作用于MAPK信号轉導途徑上遊，參與調控包括角果數量、種子大小和數量在内的産量相關性狀，并通過協調源庫關系，促進根、莖、葉的生長，在作物改良方面具有重要的潛在利用價值。

營養生長和生殖生長的能量分配受發育信号和環境因素的調控，随後會影響種子産量，而種子大小和數量之間的權衡是植物産量相關性狀研究的重要問題之一。但是，植物如何感知并轉導胞外信号以及如何協調産量相關的性狀，以調控源庫關系變化的分子機制仍是未知的。類受體激酶（RLK）被認為是介導各種環境因素、激素信号和脅迫響應的感應因子。拟南芥基因組共編碼600多個RLKs，其中包含75個凝集素類受體激酶（LecRKs），可分為C型、G型和L型三類，存在豆類-凝集素蛋白樣胞外結構域，并可作為胞外受體發揮功能。

本研究推測LecRKs可能通過介導細胞内外之間的細胞活動來協調植物能量分配以及調控與産量相關的性狀。為此，對拟南芥LecRKs家族所有75個成員進行表達分析發現，LecRK-VIII.2在發育的種子和花中高量表達。GUS活性檢測表明，LecRK-VIII.2可能在種子生長和發育過程中發揮重要作用。

通過表型觀察發現，lecrk-VIII.2突變體種子較WT顯著減小，但lecrk-VIII.2突變植株整體的角果和種子數量顯著增加，從而促使其種子産量的提高。而LecRK-VIII.2過表達株系産生的種子明顯較大且粒重增加，并通過減少植株角果和種子數量來穩定産量（圖1）。這表明LecRK-VIII.2正調控種子大小和粒重，同時說明LecRK-VIII.2作為關鍵的調控因子，通過協調種子大小、角果和種子數量來決定種子産量。

為進一步研究LecRK-VIII.2是否影響源器官和庫器官之間的能量流動，通過對不同遺傳背景下蓮座葉、根和莖的器官大小和生物量進行檢測發現，LecRK-VIII.2正調控這些器官的生長。對莖、根和種子之間的生物量進行檢測比較以解析源庫關系，結果發現LecRK-VIII.2功能缺失可誘使光合能量儲存在種子中，而LecRK-VIII.2過表達導緻更多的能量被用于蓮座葉和根的生長。表明LecRK-VIII.2促進了生物量的積累，并調控莖、根和種子之間的源庫關系。蓮座葉細胞大小和葉綠素含量檢測表明，LecRK-VIII.2促進細胞擴增以增加葉面積，以及正調控葉綠素含量。此外，LecRK-VIII.2還可促進種皮細胞的擴張和增殖，是母本決定種子大小的關鍵。

最近研究發現，MPK3和MPK6是RLKs保守的下遊調控因子，而且MPK6在種子大小和發育方面具有複雜的調控功能。通過種子大小觀察來探究LecRK-VIII.2和MPK6之間的遺傳關系，結果表明mpk6遺傳上位于lecrk-VIII.2，LecRK-VIII.2作用于MPK6上遊來調控角果數量，種子大小和産量。蛋白水平檢測顯示，LecRK-VIII.2正調控MPK6磷酸化水平，以此調控以上産量相關性狀（圖2）。

花器官發育也與産量相關性狀緊密相關，由此進行檢測發現，LecRK-VIII.2正調控單個雌蕊的雌蕊長度和胚珠數目，進而直接影響角果長度和種子數量。另外，LecRK-VIII.2還可促進種子中貯藏蛋白和糖類的積累。

綜上表明，LecRK-VIII.2是調控種子産量和源庫關系的特異性RLK蛋白。對LecRK-VIII.2-MPK6信号通路中的配體和新成分進行深入研究将有助于闡明能量分配和促進作物改良的調控機制。

    2003网站太阳集团博士生肖文君，清華大學博士後胡帥為本論文的共同第一作者。郭新紅教授和姚瑞楓教授為該論文的通訊作者。本研究得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃、湖南省重點研發項目和國家教育部科技計劃項目的資助與支持。

                                                                                                           文：郭新紅