亚热带生态所夏新界研究员团队对OsSGL基因协同正向调控水稻耐旱性研究取得新进展
    2016-12-28      王曼玲     字体大小[]

      水稻是世界是最重要的粮食作物,而由于降水模式的年际变化和水稻生长季节降水量分布不均等原因,干旱胁迫仍是水稻粮食生产和粮食安全最严重的制约因素,在缺乏农业用水的地区尤其如此。据估计,水稻生产耗费了中国总用水量的大约一半,每年由于干旱造成的国民经济损失高达250亿美元。

      夏新界团队以超级杂交稻两优培九母本培矮64S为材料,采用Affymetrix基因芯片系统与含51,279 个转录本的水稻表达芯片,对水稻不同生长发育时期、不同组织器官全基因组在低温、干旱、高温等非生物逆境胁迫下的表达水平进行分析,并结合qRealtime-PCR分析验证,最终筛选得到在多组织器官、多逆境条件下均有响应的目标基因OsSGL(STRESS_tolerance and GRAIN_LENGTH)。进一步分析发现,OsSGL为一因多效的关键基因,定位于细胞核,并含有一个未知功能域DUF1645。该基因在正向调控水稻粒型、粒重,增加水稻产量的同时(已另文发表),能正向增加水稻的耐非生物逆境能力。与对照植株相比,可能由于生长素和细胞分裂素相关基因表达量的改变,过量表达植株根系更大;而在干旱处理条件下,过量表达植株中脯氨酸、可溶性糖含量更高而丙二醛含量更低。综合分析转录组测序数据和qReal-time PCR数据,结果表明OsSGL基因的过量表达引起了多个逆境响应基因表达量及表达模式的明显改变。将该基因在双子叶模式植物拟南芥中异源过量表达,也能增强拟南芥植株的耐旱性。因此,我们推测水稻耐旱性的增加,是逆境响应基因表达模式的改变,细胞中高渗透压物质的积累,以及根系系统的增大三者共同作用的结果。

      在几种主要非生物逆境中,干旱是影响中国粮食生产最大的自然灾害。1995-2005年我国因旱灾造成的粮食减产损失约为每年1500万吨至2500万吨,约为我国全国粮食总产量的4%至8%,占因灾总损失的55%。因此开展水稻耐旱基因功能与机制研究,利用分子育种手段改良水稻耐旱性势在必行。以往研究表明,单个水稻逆境相关基因过量表达后,多数情况转基因植株仅耐逆性增加,产量性状不变,甚至产量降低。而OsSGL基因在提高水稻耐旱性的同时,还增加了水稻粒长,粒重,提高了水稻的产量和品质,具有潜在的应用前景。

      该研究成果近期以OsSGL, a novel DUF1645 domain-containing protein, confers enhanced drought tolerance in transgenic rice and Arabidopsis为题,发表在Frontiers in Plant Science上。该研究得到了中国科学院亚热带农业生态研究所公共技术服务中心的大力支持,该研究也得到了国家自然基因、湖南省自然科学基金等项目的资助。

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