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[前沿资讯 ] 研究发现水稻籽粒大小和重量调控的重要途径 进入全文
中国科学网
水稻是世界上重要的粮食作物，籽粒大小和粒重是影响水稻产量的重要决定因素。目前已经克隆了一些控制水稻种子大小的重要基因，但水稻种子大小调控的分子机理仍不清楚，进一步阐明水稻籽粒大小的调控机理对于提高水稻产量具有重要的指导意义。 近日，中国科学院遗传与发育生物学研究所李云海团队、中国科学院大学柴团耀教授、海南大学徐冉教授合作发现ERAD相关的E2-E3蛋白复合物SMALL GRAIN 3 (SMG3)和DECREASED GRAIN SIZE 1 (DGS1)部分通过油菜素内酯（BR）途径调控水稻籽粒大小和粒重的新途径。水稻SMG3编码拟南芥泛素结合酶UBC32 (UBIQUITIN CONJUGATING ENZYME 32)的同源蛋白，并且与另一籽粒大小调控因子DGS1互作。SMG3或DGS1功能缺失均导致籽粒变小，而过表达则使籽粒变长。进一步分析发现，DGS1是具有活性的E3泛素连接酶，并与SMG3共定位于内质网。此外，DGS1通过泛素化BR受体BRASSINOSTEROID INSENSITIVE 1 (BRI1)并影响其在细胞中的积累量从而参与了BR信号转导通路。遗传分析结果表明，SMG3，DGS1和BRI1三者共同作用调控水稻籽粒大小和粒重。该研究为深入了解ERAD相关途径在水稻籽粒大小调控中的作用，及其与油菜素内酯信号途径的关系提供了分子基础，为高产育种提供了一定的理论依据。
[前沿资讯 ] 水稻天然多抗基因找到了 进入全文
中国科学网
水稻是全球最重要的粮食作物之一，但却长期遭受稻瘟病、纹枯病、白叶枯病等主要病害的威胁，穗部病害稻曲病近年来也成为我国水稻主要病害之一。目前，能同时抗多种病害的水稻基因资源十分缺乏。日前，四川农业大学西南作物基因资源发掘与利用国家重点实验室教授王文明团队在《自然-植物》在线发表最新研究论文。论文报道了一个编码蛋白酶体成熟因子的天然等位基因，可改良水稻对多种病害的抗性，同时不影响水稻产量。论文审稿人认为，这项研究对于水稻抗病育种具有很好的指导意义，其实验设计好、数据翔实可靠，将对植保领域产生很大影响。论文共同通讯作者、四川农业大学教授樊晶近年来一直关注稻曲病的发病与抗病机理。他告诉《中国科学报》，稻曲病已成为水稻最严重的穗部病害，被感染的水稻颖花不能结实，从而引起空秕率增加，导致水稻减产。同时，病粒污染健康谷粒后，会降低水稻品质。更严重的是，病粒产生真菌毒素，人畜食用后可能造成腹泻、流产、早产等中毒现象。目前，科学家已经发现了一些多抗基因。例如，bsr-k1可以增强水稻对稻瘟病和白叶枯病的抗性；rod1能提高水稻对稻瘟病、纹枯病和白叶枯病的抗性。研究人员选择了雅恢2115、3个小种特异性抗性的材料和1个感病材料，并把稻瘟菌喷到这些水稻材料的幼苗上，然后检测水稻体内所有基因表达水平的变化。通过比较分析，筛选的基因只在雅恢2115中高表达且被稻瘟菌刺激得更高，而在其他两种材料中均不表达或低表达。研究发现，将雅恢2115中的OsUMP1基因导入感病水稻中，能够提高水稻对多个稻瘟菌菌株的抗性，同时可显著增强对稻曲病、纹枯病、白叶枯病等多种病害的抗性，而其对水稻主要农艺性状和产量没有明显影响。进一步的生理生化与遗传学实验证明，在病原菌入侵时，OsUMP1基因通过增加水稻26S蛋白酶体的生物合成与活性，促进过氧化物酶APX8和过氧化氢酶CatB的降解，提高侵染位点过氧化氢的积累，从而增强水稻对多种病原菌的抵御能力。
[前沿资讯 ] 科研人员发现驯化选择水稻DNA寒害损伤修复机制及其优异模块 进入全文
中国科学院植物研究所
农作物应对全球气候变化引起的异常温度需要具备优异耐受模块，品种设计需依赖细胞寒害感知防御“信号网络”和“修复机制”的原理。在前期的研究中，种康院士团队已在水稻寒害感知与防御“信号网络”中已经发现了包括感受器、激酶、叶绿体维生素E-K1代谢途径、转录因子和海藻糖代谢在内的一系列元件及其之间的网络关系。然而，对于寒害专一的DNA修复系统是如何建立的则知之甚少。科研人员在最新的研究中发现，具有特异性的人工驯化选择的自然变异耐寒基因模块能够修复寒害引起的DNA损伤。基于数据空间降维理念，通过数学算法将多维尺度的数据合降维的全基因组关联分析，即数据整合GWAS（DM-GWAS），在水稻中系统鉴定到耐寒QTL遗传位点与主效基因COLD11，其突变引起耐寒性的显著降低，编码区存在GCG密码子重复，且与DNA修复活性和耐寒性具有正相关性，受到强的驯化选择。这是首次报道驯化选择的寒害DNA修复优异等位模块新机制。该模块具有重要的应用潜力，为耐寒分子设计育种中对关键位点进行精细调控开辟了新的途径。
[前沿资讯 ] 揭示水稻根响应土壤紧实度的新机制 进入全文
中国农业科学院生物技术研究所
近日，中国农业科学院生物技术研究所作物耐逆性调控与改良创新团队揭示了ABA与生长素协同调控水稻根系响应外界土壤硬度的分子机制，为培育适应不同土壤硬度作物新品种提供了新的分子途径和有用的基因资源。相关研究成果发表于《Plant Physiology（植物生理学）》上。农业生产中重型农业机械和其他耕作措施等人为因素，以及土壤干旱等自然因素都会使土壤紧实度产生变化，当土壤硬度增加时，会抑制植物根系的生长，不利于对养分和水分的吸收利用，从而影响植物的生长和作物的产量。一直以来，土壤紧实度对作物生长和产量的影响也成为当前关注的热点之一。本研究发现，紧实土壤抑制水稻根的生长，与ABA的作用类似。阻断植物体内的ABA合成增强了根穿透紧实土壤的能力。进一步研究发现ABA通过OsbZIP46激活生长素合成基因OsYUC8的表达，促进生长素在根中的积累，最终导致短而粗的根，降低了根的钻地性。本研究阐明了ABA通过生长素调控水稻根系响应外界土壤硬度的分子机制，丰富了植物根系响应土壤紧实度的分子途径，为未来选育钻地能力强的水稻新品种提供理论基础和有用的基因。
[前沿资讯 ] 专家团队阐明水稻胚乳中清蛋白积累的分子机制 进入全文
中国科学院
禾本科植物胚乳累积的淀粉和贮藏蛋白是人类重要的食物来源。根据在不同溶剂中的溶解度不同，水稻胚乳贮藏蛋白可分为谷蛋白、醇溶蛋白、清蛋白和球蛋白。其中清蛋白是水稻胚乳中丰富的水溶性蛋白，也是主要的致敏蛋白，人们对其积累调控机制尚不清楚。此前研究结果表明水稻胚乳特异性表达的转录因子NAC20和NAC26发生突变会导致胚乳淀粉和贮藏蛋白积累减少，呈现粉质胚乳表型。中国科学院植物研究所研究员刘春明团队等发现水稻品种中花11的NAC20/NAC26双敲除突变体nac20/26-3胚乳中醇溶蛋白累积略有减少，而16 kD清蛋白的累积几乎消失。质谱分析结果表明由Alb1、Alb2、Alb3、Alb4编码的四种清蛋白丰度在nac20/26-3突变体中急剧降低。qRT-PCR分析显示，突变体胚乳所有编码清蛋白合成的五个基因Alb1-5的表达均大幅度降低。进一步实验证明NAC20/26转录因子是通过与Alb1-5启动子区域的ACG保守基序结合激活胚乳中清蛋白表达，从而激活水稻胚乳清蛋白累积，其中NAC26的激活作用比NAC20更有效，这一活性差别是因为其中间区段的序列差异导致的。通过酵母双杂交试验，研究人员鉴定到与NAC20/26互作的水稻醇溶蛋白结合因子RPBF，并利用基因编辑技术获得了两个独立的突变体rpbf-1和rpbf-2，这两个突变体籽粒皱缩，胚乳中包括清蛋白在内的多种贮藏蛋白含量均有部分降低，在rpbf突变体胚乳中Alb的表达量显著降低，RPBF不能直接编码结合清蛋白基因的启动子，但是能够与NAC20/26互作增强NAC20/26对16 kD清蛋白基因表达的激活活性，间接控制水稻胚乳中清蛋白的积累。这一研究解析了水稻胚乳中清蛋白累积的分子调控机理，为在育种过程中调控清蛋白含量奠定了基础，也可能为大米消费者应对过敏原问题提供解决方案。
[前沿资讯 ] 院士专家：分子设计育种让水稻高产又优质 进入全文
海南日报
决定水稻产量和品质的主要因素有哪些？如何通过科学育种满足特殊群体在营养摄入上的“定制化”需求？1月6日，在第二届三亚国际种业科学家大会上，中国科学院院士李家洋，中国工程院院士、中国水稻研究所所长胡培松，围绕水稻分子设计育种、功能稻米发展方向等话题同台“论稻”，分享水稻育种最新科技成果，助力推动水稻产业高质量发展。随着人们生活质量的提高，人们对食物的需求不仅是要吃得饱，更希望吃得好、吃得健康。“我们通过水稻分子设计育种实践，培育了一系列高产优质新品种，并进行了大面积的生产推广，为解决‘高产不优质，优质不高产’提供了有效途径。”李家洋在作《水稻分子设计育种》演讲时说。据悉，分子设计育种能够实现从经验育种到定向高效的精确育种转变，是一种新的保障粮食安全的技术体系与途径，其特点是精准、高效、综合、安全。“利用分子精准设计育种技术，我们成功培育双季早粳稻新品种‘中科发早粳1号’，填补了双季早粳稻品种在我国水稻生产中的空白。”李家洋说。“在推动从‘吃得饱’到‘吃得好’，再到‘吃得健康’的转型过程中，主粮作物之一的水稻扮演着更重要的角色。”胡培松认为，功能稻米作为一类特殊功能的水稻产品，是营养导向型农业、功能农业或功能食品的重要组成部分，“通过功能细分来提升水稻产业、产品附加值具有重要意义。”充分利用分子精准设计等育种技术，不仅有助于保障国家的粮食安全，还可以满足“众口难调”的个性化需求。“我国已经研究出不少功能性大米。例如，刘耀光博士团队研发了首例富含花青素的水稻新种质‘紫晶米’，花青素可预防癌症、心血管疾病、糖尿病等慢性疾病。还有团队研发出适合糖尿病患者的高抗性淀粉稻米。”谈及功能稻米未来的发展方向，胡培松认为，功能稻米不单单针对“病人”，实际上具有很好的预防功效，适合所有人群。他倡导功能性稻米的大众化消费能优化居民的饮食结构，提升消费者对功能稻米及其产品的黏性，助力推动功能稻米产业化发展。
