我國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)控制種子休眠和萌發(fā)的新基因

種子休眠性是指種子在適合它生長的條件下仍不能萌發(fā)的現(xiàn)象，是多數(shù)高等植物所共有的適應(yīng)性性狀。在作物馴化過程中，由于更多考慮高產(chǎn)、耐受等性狀，會(huì)忽視對(duì)種子適度休眠性的保留，往往會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的穗發(fā)芽問題，即種子成熟期遇潮濕氣候在收獲前出現(xiàn)穗上籽粒萌發(fā)的現(xiàn)象，會(huì)造成在最后時(shí)刻顆粒無收。然而，種子休眠性是一個(gè)極其復(fù)雜的農(nóng)藝性狀，受到大量位點(diǎn)調(diào)控，并受到多種環(huán)境因素的顯著影響。

近日，發(fā)表在《Nature Genetics》上的一項(xiàng)題為“Antagonistic control of seed dormancy in rice by two bHLH transcription factors”的研究中，中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究團(tuán)隊(duì)找到了調(diào)控水稻、小麥穗發(fā)芽問題的兩個(gè)“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。該研究有望為因種子穗發(fā)芽導(dǎo)致的大規(guī)模農(nóng)業(yè)損失提供解決方法。

該研究通過構(gòu)建可穩(wěn)定檢測到休眠控制位點(diǎn)區(qū)域的高密度染色體單片段代換系群體，找到了負(fù)調(diào)控種子休眠的關(guān)鍵基因SD6，并通過篩選SD6互作蛋白，找到了正調(diào)控種子休眠的基因ICE2。接下來，通過分子生物學(xué)、遺傳學(xué)及生物化學(xué)等實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了SD6和ICE2均直接靶向調(diào)控脫落酸（ABA）的代謝，同時(shí)也間接地調(diào)控ABA的合成，從而實(shí)現(xiàn)ABA含量的及時(shí)高效調(diào)控，以切換種子的休眠與萌發(fā)。此外，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)SD6-ICE2分子模塊具備感知周邊環(huán)境溫度，動(dòng)態(tài)調(diào)控種子中ABA含量，從而調(diào)控種子休眠強(qiáng)度以適應(yīng)自然氣候更替。

該研究結(jié)果提示，在作物馴化過程中，要重視對(duì)種子適度休眠性的保留。SD6基因在水稻和小麥穗發(fā)芽抗性育種改良中具有重要應(yīng)用價(jià)值，SD6自然變異位點(diǎn)可用于優(yōu)質(zhì)水稻的休眠性育種改良，也可通過基因編輯技術(shù)對(duì)SD6基因進(jìn)行改良，從而顯著改善穗發(fā)芽問題。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41588-022-01240-7

  注：此研究成果摘自《Nature Genetics》，文章內(nèi)容不代表本網(wǎng)站觀點(diǎn)和立場，僅供參考。

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