【J.Exp.Bot】中國農大孫傳清和譚祿賓團隊揭示了類胡蘿蔔素合成基因影響植物光合作用與株型的分子機制
類胡蘿蔔素是一類重要的天然色素的總稱，普遍存在於動物、高等植物、真菌和藻類的黃色到紅色的色素之中。類胡蘿蔔素是包含有40個碳原子的類異戊二烯聚合物，即四萜化合物，它能在植物的光合作用、光氧脅迫以及植物的生長發育中發揮重要的作用。同時還能作為植物激素的前體來發揮功能。八氫番茄紅色合成酶基因（PSY）催化類胡蘿蔔素合成的第一步，之後經過八氫番茄紅素脫氫酶（PDS）、胡蘿蔔素脫氫酶（ZDS）、胡蘿蔔素異構酶（Z-ISO）和類胡蘿蔔素異構酶（CRTISO）的一系列過程，最終形成了紅色的類胡蘿蔔素。
獨腳金內酯作為一種重要的植物激素，可以調控植物發育的很多方面，比如，節間的身長，葉片的伸展和衰老，根部的發育，花青素的積累以及側枝的形成等等。獨腳金內酯通過抑制側芽的伸出從而抑制分枝的形成。目前普遍認為獨腳金內酯是一類來源於類胡蘿蔔素的萜內酯，以類胡蘿蔔素為前體，經過脫氫、氧化等過程生成獨腳金醇，再由獨腳金醇轉化成有生物活性的獨腳金內酯。這其中至少涉及到4個酶的參與，包括類胡蘿蔔素異構酶 D27（β-carotenoid isomerase）、類胡蘿蔔素裂解雙加氧酶 7（carotenoid cleavagedioxygenase 7，CCD7）、類胡蘿蔔素裂解雙加氧酶 8（carotenoid cleavagedioxygenase 8，CCD8）以及細胞色素 P450 單加氧酶（cytochrome P450 monooxygenase P450）。
近日，來自中國農業大學的譚祿賓教授和孫傳清教授團隊在Journal of Experimental Botany雜誌發表了題為「HIGH-TILLERING AND DWARF 12 regulates photosynthesis and plant architecture by affecting carotenoid biosynthesis in rice」的研究論文，文章作者利用high-tillering and dwarf 12(htd12) 突變體，通過圖位克隆的方法鑑定到HTD12基因，該基因編碼一個胡蘿蔔素異構酶（Z-ISO），屬於NurU蛋白家族。HTD12功能的喪失導致類胡蘿蔔素水平的降低，進而影響了葉綠體的發育和光合作用。同時HTD12的突變還導致獨腳金內酯水平的降低，從而出現了分櫱數目增多和植株矮小的表型。
綜上所述，本研究發現HTD12參與到了胡蘿蔔素的生物合成之中，並影響了葉綠體的發育與光合作用，同時還影響了獨角金內酯生物合成，表明該基因在植物應對外界環境和自身的生長發育過程中均發揮了重要的作用。
文章連結：
https://academic.oup.com/jxb/advance-article/doi/10.1093/jxb/eraa497/5937228?searchresult=1
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