（通讯员 闫鹿 杨学领）近日，植物科学顶级期刊Plant Physiology（植物科学一区，SCI影响因子5.949）在线全文发表了我校生命科学与技术学院方中明教授为独立通讯作者的题为“The amino acid permease OsAAP5 regulates tiller number and grain yield in rice”的研究论文。该研究发现了水稻氨基酸转运家族成员OsAAP5能够转运碱性氨基酸和中性氨基酸，通过影响细胞分裂素含量负调控水稻分蘖和产量性状，通过基因编辑技术敲除此基因可以提高水稻分蘖和产量，对粳稻高产优质育种具有重要意义。
氨基酸作为水稻体内主要营养成分，对水稻的生长发育具有重要作用。研究首先通过全基因组关联分析方法发现了OsAAP5基因的启动子序列在籼稻和粳稻中存在单核苷酸多态性和序列区段的差异，且与水稻分蘖有密切的关联。实时荧光定量PCR实验表明，OsAAP5基因在籼稻中的表达量低于在粳稻中，而籼稻的平均分蘖数却显著高于粳稻的平均分蘖数。RNA干扰和基因编辑技术降低粳稻中OsAAP5的表达，导致水稻分蘖数和籽粒产量增加，而OsAAP5过表达则相反。
启动子-GUS植株染色分析表明，OsAAP5在根、分蘖芽基部、叶片、叶鞘和穗等多个组织部位均有表达。进一步对其染色组织进行石蜡切片分析表明，OsAAP5在根中多种组织细胞均有表达，而在地上部分各个器官中则集中在维管束组织的薄壁细胞中表达。亚细胞定位及共定位结果表明OsAAP5定位在质膜上，暗示OsAAP5对于营养运输有重要作用。
高效液相色谱和原生质体氨基酸吸收实验进一步分析表明，过表达株系中碱性氨基酸(Lys、Arg)和中性氨基酸(Val、Ala)的转运和积累量均高于野生型，而干扰植株系则相反。此外，外源施用氨基酸Lys、Arg、Val和Ala对过表达株系分蘖芽伸长有显著抑制作用，而对干扰株系则无明显抑制作用。
此外，过表达株系分蘖芽基部的细胞分裂素的顺式玉米苷和二氢玉米苷浓度明显低于野生型，而在干扰株系中浓度较高。但不同转基因植株中的生长素含量和独角金内酯途径基因表达则无明显差异。这表明OsAAP5主要通过影响细胞分裂素的水平来调控水稻分蘖芽的伸长。研究结果为通过基因编辑技术来改善水稻产量且不含任何转基因标记提供了另一候选基因和实践案例。
该研究历时五年（2014-2018年），我校为论文的第一单位，方中明教授为论文的独立通讯作者，汪杰博士为论文的第一作者，大四本科生吴博文参与了部分重要工作，为论文的第二作者。鉴于OsAAP5在水稻株型改良上的重要作用，已于2016年申请了国家发明专利（专利号：2016110968145），近期将获得专利授权，方中明教授为国家发明专利的第一发明人。该研究得到了国家自然科学基金（31301250/31701990）、国家重点研发计划子课题（2016YFD0100700）等和我校博士启动基金等课题的资助。
据悉，此次发表的SCI期刊Plant Physiology为美国出版，从1926年期刊创刊出版至今已接近百年，一直与Plant Cell、Plant Journal并称为全世界植物科学领域的三大权威专业期刊。