東北地理所在水稻穗發(fā)芽研究方面取得新進(jìn)展
近年由于全球溫度升高、臺風(fēng)、暴雨等極端天氣的頻繁出現(xiàn)，穗發(fā)芽危害逐年加劇，受害面積不斷擴大，嚴(yán)重影響水稻、小麥等農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。已有研究發(fā)現(xiàn)種皮顏色越深，種子休眠性越強，穗發(fā)芽抗性也越強，但目前這種相關(guān)性的分子機制仍不明晰。
近日，中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所方軍課題組在Journal of Agricultural and Food Chemistry上發(fā)表題為Transcription Factors Rc and OsVP1 Coordinately Regulate Preharvest Sprouting Tolerance in Red Pericarp Rice的研究文章，從分子水平上提供了種皮顏色與穗發(fā)芽抗性存在相關(guān)性的實驗證據(jù)。
該課題組前期獲得一個穗發(fā)芽突變體，通過與休眠性強的水稻品種（紅色種皮）雜交進(jìn)行基因定位過程中發(fā)現(xiàn)：紅色種皮的后代中出現(xiàn)種皮顏色變淺，穗發(fā)芽率降低的現(xiàn)象。基因分析確定：控制穗發(fā)芽的基因為OsVP1，是ABA信號途徑重要的調(diào)控因子；控制種皮顏色的基因為Rc，是調(diào)控紅色種皮主要成份——原花色素生物合成的轉(zhuǎn)錄因子。在紅色種皮的Rc代換系中，ABA含量略有上升，但ABA信號基因表達(dá)明顯上升，OsVP1基因表達(dá)上升尤其顯著。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)紅色種皮抑制穗發(fā)芽的現(xiàn)象與OsVP1、Rc及另一個調(diào)控因子OsC1之間協(xié)同相互作用有關(guān)，這三個基因通過促進(jìn)原花色素的生物合成和ABA信號的感知，從而增強了種子對ABA的敏感性，最終抑制穗發(fā)芽；該機制在小麥中也相對保守。本研究是該團隊在前期系統(tǒng)克隆了穗發(fā)芽基因PHS1-PHS4、PHS8、OsCNX1 和 OsCNX6的基礎(chǔ)上（Plant J， 2008、Plant J，2018、New Physiologist，2019），進(jìn)一步通過研究OsVP1、Rc以及OsC1基因相互關(guān)系，從分子水平上建立了種皮顏色與穗發(fā)芽抗性的聯(lián)系，推動抗穗發(fā)芽分子機制研究取得了新的進(jìn)展。該項研究為禾谷類作物抗穗發(fā)芽研究提供了重要的參考，也為保障糧食品質(zhì)和糧食安全提供了重要理論基礎(chǔ)。
中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所已出站博士后王晶為論文第一作者，方軍研究員為通訊作者。該研究得到了中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項項目、國家重點研發(fā)項目、黑龍江省杰出青年基金和中國博士后科學(xué)基金的資助。（文章鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.jafc.0c04748）
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