中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)植保學(xué)院彭友良、趙文生團(tuán)隊(duì)揭示水稻高產(chǎn)抗病的新機(jī)制

　　中國(guó)農(nóng)大新聞網(wǎng)訊 近日，植物保護(hù)學(xué)院彭友良、趙文生團(tuán)隊(duì)在《科學(xué)進(jìn)展》（Science Advances）雜志上在線發(fā)表了題為“The atypical Dof transcriptional factor OsDes1 contributes to stay-green, grain yield, and disease resistance in rice”的研究論文，該研究鑒定了一個(gè)非典型的Dof轉(zhuǎn)錄因子OsDes1，并揭示了其正向調(diào)控水稻持綠、產(chǎn)量和抗病性的分子機(jī)制。

 

　　葉片持綠（stay-green）是作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的重要生理基礎(chǔ)之一。研究表明，葉片持綠性與作物產(chǎn)量之間存在顯著的正相關(guān)關(guān)系。持綠性好的作物品種，在生長(zhǎng)后期仍能保持較高的葉綠素含量和光合作用效率，從而延長(zhǎng)光合作用時(shí)間，增加光合產(chǎn)物的積累。在水稻等禾本科作物中，葉片持綠性好的品種通常具有更高的產(chǎn)量潛力。一般認(rèn)為，產(chǎn)量與抗病性之間存在某種程度的拮抗關(guān)系。當(dāng)植物受到病原菌侵害時(shí)，會(huì)消耗大量的營(yíng)養(yǎng)資源來(lái)抵御病害，導(dǎo)致生長(zhǎng)發(fā)育缺陷，并最終致使產(chǎn)量下降。如何在不犧牲產(chǎn)量的同時(shí)增強(qiáng)植物的抗病性，一直是植物病理學(xué)和育種學(xué)界致力解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

 

　　該研究通過(guò)篩選T-DNA插入水稻突變體庫(kù)獲得了一個(gè)延緩衰老的激活突變體des1-D（delayedsenescence 1-Dominant），其在籽粒成熟后期其葉片明顯持綠，單株產(chǎn)量增加，并且對(duì)稻瘟病和白葉枯病的抗性明顯增強(qiáng)。分析發(fā)現(xiàn)T-DNA插入導(dǎo)致OsDes1基因表達(dá)量上調(diào)。OsDes1的過(guò)表達(dá)株系表現(xiàn)出與des1-D相似的葉片持綠、抗病性增強(qiáng)和產(chǎn)量增加，而敲除株系則與野生型沒(méi)有明顯差異。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，在粳稻的自然變異中，OsDes1的表達(dá)水平與葉片持綠性呈正相關(guān)，并在其基因啟動(dòng)子區(qū)域鑒定到與表達(dá)水平相關(guān)的Haplotype。這些結(jié)果為OsDes1在育種中的利用提供了基礎(chǔ)。

 

　　已有研究表明細(xì)胞色素b6f復(fù)合體（Cytb6f）的核心組分Rieske FeS蛋白OsPetC在增強(qiáng)光合作用效率、維持葉綠素水平和增加生物學(xué)產(chǎn)量等方面發(fā)揮重要作用。該研究發(fā)現(xiàn)OsDes1編碼一個(gè)不含鋅指結(jié)構(gòu)的非典型Dof蛋白，但具有轉(zhuǎn)錄激活活性。該研究揭示OsDes1通過(guò)兩種機(jī)制促進(jìn)葉片持綠和提高產(chǎn)量。一方面，OsDes1與OsPetC直接互作以抑制其泛素化及被26S蛋白酶體降解，從而維持其蛋白水平；另一方面，作為轉(zhuǎn)錄激活因子，OsDes1靶向OsPetC的啟動(dòng)子以激活其表達(dá)。同時(shí)，OsDes1通過(guò)與防御相關(guān)基因（如OsPR1b）的啟動(dòng)子區(qū)域結(jié)合并激活其表達(dá)，增強(qiáng)水稻的抗病性。此外，OsDes1通過(guò)一種依賴于ABA和JA的機(jī)制介導(dǎo)了延遲衰老和抗病性。綜上所述，該研究結(jié)果證明OsDes1是一個(gè)正向調(diào)控水稻產(chǎn)量和抗病性的關(guān)鍵因子，為培育“既增產(chǎn)、又抗病”的水稻品種提供有用的基因資源。

 

　　中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院博士后邱天成為該論文的第一作者，趙文生教授為該論文的通訊作者。中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院已畢業(yè)碩士生魏爽、張曼、李奕昕、田嘉根、高愛(ài)愛(ài)，在讀博士生方柯興、馮亞艷、程亞普、楊清雅，碩士生張三偉、楊夢(mèng)妮參與了該研究工作。中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院的彭友良教授、VijaiBhadauria教授，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院的李金杰教授為該研究做出了重要貢獻(xiàn)。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（U22A20463和31872926）、中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)三亞研究院項(xiàng)目基金（SYND-2022-31）、拼多多-中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)研究基金（No. PC2023A01005）和中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)2115人才培育發(fā)展支持計(jì)劃的資助。

 

　　原文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adp0345