中國科學院東北地理所在水稻穗發芽研究方面取得新進展

　　近年由於全球溫度升高、颱風、暴雨等極端天氣的頻繁出現，穗發芽危害逐年加劇，受害面積不斷擴大，嚴重影響水稻、小麥等農作物的產量和品質。已有研究發現種皮顏色越深，種子休眠性越強，穗發芽抗性也越強，但目前這種相關性的分子機制仍不明晰。

 

　　近日，中國科學院東北地理與農業生態研究所方軍課題組在Journal of Agricultural and Food Chemistry上發表題為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芽抗性存在相關性的實驗證據。

 

　　該課題組前期獲得一個穗發芽突變體，通過與休眠性強的水稻品種（紅色種皮）雜交進行基因定位過程中發現：紅色種皮的後代中出現種皮顏色變淺，穗發芽率降低的現象。基因分析確定：控制穗發芽的基因為OsVP1，是ABA信號途徑重要的調控因子；控制種皮顏色的基因為Rc，是調控紅色種皮主要成份——原花色素生物合成的轉錄因子。在紅色種皮的Rc代換系中，ABA含量略有上升，但ABA信號基因表達明顯上升，OsVP1基因表達上升尤其顯著。進一步研究發現紅色種皮抑制穗發芽的現象與OsVP1、Rc及另一個調控因子OsC1之間協同相互作用有關，這三個基因通過促進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克隆了穗發芽基因PHS1-PHS4、PHS8、OsCNX1 和 OsCNX6的基礎上（Plant J， 2008、Plant J，2018、New Physiologist，2019），進一步通過研究OsVP1、Rc以及OsC1基因相互關係，從分子水平上建立了種皮顏色與穗發芽抗性的聯繫，推動抗穗發芽分子機制研究取得了新的進展。該項研究為禾穀類作物抗穗發芽研究提供了重要的參考，也為保障糧食品質和糧食安全提供了重要理論基礎。

 

　　中國科學院東北地理與農業生態研究所已出站博士後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院戰略性先導科技專項項目、國家重點研發項目、黑龍江省傑出青年基金和中國博士後科學基金的資助。（文章連結：https://doi.org/10.1021/acs.jafc.0c04748）