亞熱帶生態(tài)所夏新界研究員團(tuán)隊(duì)對(duì)OsSGL基因協(xié)同正向調(diào)控水稻耐旱性研究取得新進(jìn)展
水稻是世界是最重要的糧食作物，而由于降水模式的年際變化和水稻生長(zhǎng)季節(jié)降水量分布不均等原因，干旱脅迫仍是水稻糧食生產(chǎn)和糧食安全最嚴(yán)重的制約因素，在缺乏農(nóng)業(yè)用水的地區(qū)尤其如此。據(jù)估計(jì)，水稻生產(chǎn)耗費(fèi)了中國(guó)總用水量的大約一半，每年由于干旱造成的國(guó)民經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)250億美元。
夏新界團(tuán)隊(duì)以超級(jí)雜交稻兩優(yōu)培九母本培矮64S為材料，采用Affymetrix基因芯片系統(tǒng)與含51，279 個(gè)轉(zhuǎn)錄本的水稻表達(dá)芯片，對(duì)水稻不同生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)期、不同組織器官全基因組在低溫、干旱、高溫等非生物逆境脅迫下的表達(dá)水平進(jìn)行分析，并結(jié)合qRealtime-PCR分析驗(yàn)證，最終篩選得到在多組織器官、多逆境條件下均有響應(yīng)的目標(biāo)基因OsSGL(STRESS_tolerance and GRAIN_LENGTH)。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，OsSGL為一因多效的關(guān)鍵基因，定位于細(xì)胞核，并含有一個(gè)未知功能域DUF1645。該基因在正向調(diào)控水稻粒型、粒重，增加水稻產(chǎn)量的同時(shí)（已另文發(fā)表），能正向增加水稻的耐非生物逆境能力。與對(duì)照植株相比，可能由于生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素相關(guān)基因表達(dá)量的改變，過(guò)量表達(dá)植株根系更大；而在干旱處理?xiàng)l件下，過(guò)量表達(dá)植株中脯氨酸、可溶性糖含量更高而丙二醛含量更低。綜合分析轉(zhuǎn)錄組測(cè)序數(shù)據(jù)和qReal-time PCR數(shù)據(jù)，結(jié)果表明OsSGL基因的過(guò)量表達(dá)引起了多個(gè)逆境響應(yīng)基因表達(dá)量及表達(dá)模式的明顯改變。將該基因在雙子葉模式植物擬南芥中異源過(guò)量表達(dá)，也能增強(qiáng)擬南芥植株的耐旱性。因此，我們推測(cè)水稻耐旱性的增加，是逆境響應(yīng)基因表達(dá)模式的改變，細(xì)胞中高滲透壓物質(zhì)的積累，以及根系系統(tǒng)的增大三者共同作用的結(jié)果。
在幾種主要非生物逆境中，干旱是影響中國(guó)糧食生產(chǎn)最大的自然災(zāi)害。1995-2005年我國(guó)因旱災(zāi)造成的糧食減產(chǎn)損失約為每年1500萬(wàn)噸至2500萬(wàn)噸，約為我國(guó)全國(guó)糧食總產(chǎn)量的4%至8%，占因?yàn)?zāi)總損失的55%。因此開(kāi)展水稻耐旱基因功能與機(jī)制研究，利用分子育種手段改良水稻耐旱性勢(shì)在必行。以往研究表明，單個(gè)水稻逆境相關(guān)基因過(guò)量表達(dá)后，多數(shù)情況轉(zhuǎn)基因植株僅耐逆性增加，產(chǎn)量性狀不變，甚至產(chǎn)量降低。而OsSGL基因在提高水稻耐旱性的同時(shí)，還增加了水稻粒長(zhǎng)，粒重，提高了水稻的產(chǎn)量和品質(zhì)，具有潛在的應(yīng)用前景。
該研究成果近期以OsSGL, a novel DUF1645 domain-containing protein, confers enhanced drought tolerance in transgenic rice and Arabidopsis為題，發(fā)表在Frontiers in Plant Science上。該研究得到了中國(guó)科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所公共技術(shù)服務(wù)中心的大力支持，該研究也得到了國(guó)家自然基因、湖南省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。
