籽粒的结实与灌浆是水稻产量形成的两个关键过程。在孕穗期，花粉粒中合成并累积大量淀粉。开花时期，粘附在雌蕊柱头上的花粉粒降解淀粉，产生葡萄糖，为其萌发和花粉管在柱头中的伸长以及花粉管进入胚囊完成双授精提供能量。籽粒灌浆是胚乳中营养物质不断累积的过程，其主要来源于灌浆期水稻叶片中淀粉降解产物蔗糖。目前，水稻叶片和花粉中淀粉代谢如何调控籽粒结实与灌浆的机制仍不清晰。
水稻中含有两种歧化酶：胞质型DPE2和质体型DPE1。中国科学院植物研究所曲乐庆研究组近期研究发现，水稻DPE1和DPE2通过整合叶片和花粉淀粉代谢共同影响籽粒的结实与灌浆。水稻DPE1和DPE2功能缺失双突变体植株不能从杂合母本植株的后代分离，但可以通过花药培养来获得。与拟南芥和马铃薯中报道的情形不同，水稻dpe1dpe2突变体能够正常生长、孕穗开花，但结实率极低，不及野生型的10%；且籽粒干瘪，粒重不及野生型的1%。酶学图谱分析表明，dpe1dpe2突变体种子中淀粉合酶、分支酶和去分支酶的活性极度降低或检测不到。通过进一步研究，表明DPE1功能缺失允许叶片和花粉粒中淀粉的正常降解，但会影响胚乳淀粉合成的起始过程；而DPE2功能缺失阻断了叶片和花粉粒中淀粉的降解，使得可用于花粉管生长和籽粒灌浆的糖源严重不足。二者协同调控叶片和花粉粒中的淀粉降解，影响了花粉育性和结实率，同时影响胚乳中的淀粉合成和灌浆。这一研究结果揭示了水稻叶片和花粉粒中淀粉代谢调控籽粒结实与灌浆的分子机制，为实现胚乳营养物质高效积累和高产品种培育提供了设计育种的靶点和遗传资源。
该研究成果于7月26日在线发表于国际学术期刊Plant Physiology，植物所助理研究员董祥柏为论文第一作者，曲乐庆研究员为通讯作者。该研究得到了“科技创新2030-重大项目”和国家自然科学基金的资助。
文章链接：
https://doi.org/10.1093/plphys/kiae398
（分子生理实验室供稿）
DPE1和DPE2协同调控水稻籽粒结实与灌浆的分子模型
