懶惰（LAZY）基因的上司是誰？

 

OsWRKY72的突變株（中、右）與野生種（左）的葉角。
圖片來源：Plant physiology

之前曾經介紹過「懶惰」（LAZY）基因，當時發現它會調節植物對重力的反應。「懶惰」基因失去功能的植物（如阿拉伯芥、水稻等），呈現「躺平」的狀態，所以它被命名為「懶惰」。

最近的研究找到了「懶惰」基因的上司：OsWRKY72。

這個基因是一個WRKY 轉錄因子，之前研究團隊將它在阿拉伯芥中高度表現，結果造成阿拉伯芥出現叢生、半矮化和早花的性狀。

這就讓研究團隊對這個基因感興趣了。到底它在水稻裡的功能是什麼呢？之前曾經發現它會抑制茉莉酸合成基因AOS1，造成水稻更容易被白葉枯病菌（Xanthomonas oryzae pv. oryzae）感染。但是，這應該不是它唯一的功能吧？

為了了解OsWRKY72在水稻裡的功能，研究團隊以基因編輯技術，在水稻中製作了突變株與高度表現的植株。

結果發現，oswrky72 突變株的葉角比野生種小，而 OsWRKY72 高度表現株的葉角則增加。這個發現意味著，OsWRKY72 作為一個正向調節因子，促進葉角的擴大。

既然OsWRKY72是一個轉錄因子，所以接下來當然就是要找出哪些基因受到它的調節，造成葉角擴大。研究團隊比較了野生型和 oswrky72 突變株水稻中的基因表現差異後，注意到LAZY1這個基因在 oswrky72 突變株中表現量顯著增加；接著研究團隊以DNA 親和純化定序（DAP-seq）發現OsWRKY72 蛋白質可以直接結合到 LAZY1 基因的啟動子區域。綜合這兩個結果，研究團隊認為 OsWRKY72 可能是透過直接結合 LAZY1 基因的啟動子來抑制其表現。

接著研究團隊進行了電泳遷移率變動分析和雙螢光素酶分析。這兩項實驗結果也顯示，OsWRKY72 的確是透過與 LAZY1 的啟動子結合，來直接抑制 LAZY1基因的表現，造成葉角擴大的性狀。

葉角被定義為葉片和莖之間的角度，它是理想株型的一個主要特徵，被認為會影響水稻等禾本科植物的栽培和糧食產量。較小的葉角表示直立的葉片，而較大的葉角表示不太直立的葉片。較小的葉角意味著植物需要較少的面積，使農民可以在單位面積中種植更多的作物（高密度栽培），提升產量。

除了 LAZY1，研究團隊還發現OsWRKY72 也可以直接調節其他與葉角相關基因的表現，例如 FLOWERING LOCUS T-LIKE 12 (OsFTL12) 和 WALL-ASSOCIATED KINASE 11 (OsWAK11)。另外，他們也發現OsWRKY72在葉鞘和葉片連接處高度表現。

總而言之，OsWRKY72 透過對LAZY1表現的影響，來干擾水稻的莖向地性，對葉角造成影響。在農業領域，應該可以透過操縱 OsWRKY72 來提供了一種減小葉角的方法，從而實現水稻高密度栽培並增加單位面積產量。

參考文獻：

Lei Liu, Lirong Zhao, Yunwei Liu, Yi Zhu, Shidie Chen, Lu Yang, Xia Li, Wanqin Chen, Zhiyu Xu, Peng Xu, Houping Wang, Diqiu Yu, Transcription factor OsWRKY72 controls rice leaf angle by regulating LAZY1-mediated shoot gravitropism, Plant Physiology, Volume 195, Issue 2, June 2024, Pages 1586–1600, https://doi.org/10.1093/plphys/kiae159