經(jīng)過研究攻關(guān)，中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所儲成才團(tuán)隊和高彩霞團(tuán)隊日前找到了調(diào)控水稻、小麥穗發(fā)芽問題的兩個“開關(guān)”，包括負(fù)調(diào)控種子休眠的關(guān)鍵基因SD6和正調(diào)控種子休眠的基因ICE2。研究者認(rèn)為兩個基因“雙劍合璧”，有望為因種子穗發(fā)芽導(dǎo)致的大規(guī)模農(nóng)業(yè)損失提供解決方法。該成果12月6日在線發(fā)表于《自然—遺傳學(xué)》雜志。
作物馴化過程中由于更多考慮高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病蟲及耐受逆境性狀，常常忽視了對種子適度休眠的保留，從而導(dǎo)致很多作物如水稻、小麥會發(fā)生穗發(fā)芽現(xiàn)象（種子收獲前成熟期如遇連陰雨不能及時收獲，常出現(xiàn)部分籽粒在穗上發(fā)芽的現(xiàn)象），嚴(yán)重影響了作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至影響下季播種。因此，找到水稻、小麥等控制種子休眠的關(guān)鍵基因，闡明種子休眠調(diào)控的分子生理機(jī)制，挖掘其優(yōu)良等位變異，對解決水稻等作物穗發(fā)芽災(zāi)害至關(guān)重要。
中國科學(xué)院遺傳發(fā)育所科研團(tuán)隊通過利用強(qiáng)休眠的水稻品種卡薩拉斯和弱休眠水稻品種日本晴構(gòu)建染色體單片段代換系，成功地從強(qiáng)休眠水稻品種中克隆到一個控制水稻種子休眠的關(guān)鍵基因SD6，并證實了SD6負(fù)調(diào)控水稻種子休眠。通過篩選SD6互作蛋白，研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)了另一水稻轉(zhuǎn)錄因子ICE2，且ICE2正調(diào)控種子休眠。
研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)SD6/ICE2分子模塊是能夠感知周邊環(huán)境溫度的種子休眠調(diào)控因子：在常溫條件下，SD6基因表達(dá)維持高水平，發(fā)揮其功能，而ICE2基因功能則受到明顯抑制，從而促進(jìn)種子萌發(fā)；在低溫條件下，SD6基因功能則受到明顯抑制，ICE2基因表達(dá)量上調(diào)，進(jìn)而發(fā)揮功能，從而使種子維持在休眠狀態(tài)。即通過感知外界環(huán)境溫度變化，SD6/ICE2此消彼長，進(jìn)一步控制種子中植物激素脫落酸含量，從而調(diào)控種子休眠強(qiáng)度，確保其適應(yīng)自然季節(jié)更替，繁衍成功。
研究團(tuán)隊通過基因編輯技術(shù)對水稻易穗發(fā)芽品種天隆619、武運(yùn)粳27號以及淮稻5號中的SD6基因進(jìn)行改良，發(fā)現(xiàn)改良的水稻材料在收獲期遭遇連綿陰雨天氣，其穗發(fā)芽情況顯著改善。研究團(tuán)隊對小麥品種科農(nóng)199的TaSD6基因進(jìn)行改良，也可以大大提高小麥穗發(fā)芽抗性，表明SD6基因在水稻和小麥控制種子休眠的功能是保守的。這些研究成果都表明，SD6在水稻、小麥穗發(fā)芽抗性育種改良中具有重要應(yīng)用價值。
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