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我国科学家找到调控水稻小麦穗发芽的“开关”

发布:2023/1/4 来源:湖北日报 作者:湖北日报 浏览:1408

       经过研究攻关,中国科学院遗传与发育生物学研究所储成才团队和高彩霞团队日前找到了调控水稻、小麦穗发芽问题的两个“开关”,包括负调控种子休眠的关键基因SD6和正调控种子休眠的基因ICE2。研究者认为两个基因“双剑合璧”,有望为因种子穗发芽导致的大规模农业损失提供解决方法。该成果12月6日在线发表于《自然—遗传学》杂志。


       作物驯化过程中由于更多考虑高产、优质、抗病虫及耐受逆境性状,常常忽视了对种子适度休眠的保留,从而导致很多作物如水稻、小麦会发生穗发芽现象(种子收获前成熟期如遇连阴雨不能及时收获,常出现部分籽粒在穗上发芽的现象),严重影响了作物的产量和品质,造成巨大的经济损失,甚至影响下季播种。因此,找到水稻、小麦等控制种子休眠的关键基因,阐明种子休眠调控的分子生理机制,挖掘其优良等位变异,对解决水稻等作物穗发芽灾害至关重要。


       中国科学院遗传发育所科研团队通过利用强休眠的水稻品种卡萨拉斯和弱休眠水稻品种日本晴构建染色体单片段代换系,成功地从强休眠水稻品种中克隆到一个控制水稻种子休眠的关键基因SD6,并证实了SD6负调控水稻种子休眠。通过筛选SD6互作蛋白,研究团队发现了另一水稻转录因子ICE2,且ICE2正调控种子休眠。

       研究团队发现SD6/ICE2分子模块是能够感知周边环境温度的种子休眠调控因子:在常温条件下,SD6基因表达维持高水平,发挥其功能,而ICE2基因功能则受到明显抑制,从而促进种子萌发;在低温条件下,SD6基因功能则受到明显抑制,ICE2基因表达量上调,进而发挥功能,从而使种子维持在休眠状态。即通过感知外界环境温度变化,SD6/ICE2此消彼长,进一步控制种子中植物激素脱落酸含量,从而调控种子休眠强度,确保其适应自然季节更替,繁衍成功。

       研究团队通过基因编辑技术对水稻易穗发芽品种天隆619、武运粳27号以及淮稻5号中的SD6基因进行改良,发现改良的水稻材料在收获期遭遇连绵阴雨天气,其穗发芽情况显著改善。研究团队对小麦品种科农199的TaSD6基因进行改良,也可以大大提高小麦穗发芽抗性,表明SD6基因在水稻和小麦控制种子休眠的功能是保守的。这些研究成果都表明,SD6在水稻、小麦穗发芽抗性育种改良中具有重要应用价值。

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