干旱,严重影响水稻正常生长发育。每年,我国70%以上的中低产田大幅度减产的主要原因就是干旱。如果能在基因层面找到调控水稻耐旱性的“开关”,就能精准选育出更多耐旱性新品种,助力水稻增产。
这样的“开关”由福建科技工作者找到了,而且不止一个。
近日,福建省农科院水稻研究所张建福研究员、谢华安院士团队在植物学国际期刊《Plant Physiology》发表研究论文,揭示了调控水稻耐旱性的分子新机制。
科研团队聚焦一个叫作“OsNAC78”的基因。它们以籼稻品种“75-1-127”和粳稻品种“日本晴”为试验对象。对前者,通过基因编辑技术,敲除“OsNAC78”基因;对后者,则让“OsNAC78”基因大量表达。随后,人为创造干旱条件,观察两种水稻的生长情况。
经过持续的比对,科研团队发现,敲除了“OsNAC78”基因的水稻耐旱性显著降低;而“OsNAC78”基因过表达的水稻,耐旱性增强。
这表明,“OsNAC78”基因能够调控水稻的耐旱性。那么,这个过程是如何发生的呢?这就需要进一步研究,找到其调控通路。
人们已经了解,基因往往不是独立发挥作用的,基因之间可能相互抑制,也可能相互协同。这个过程被称为“基因互作”。进一步研究证实,在水稻细胞中,存在很多与“OsNAC78”相爱相杀的互作基因,比如“OsGSTU37”和“OsNACIP6”。
据了解,“OsNACIP6”是一种未知功能的蛋白。它和“OsNAC78”一样,都能正向调控水稻耐旱性。同时,它们还能在细胞核内特异性互作,二者同心协力,联合加强另一基因“OsGSTU37”的表达,从而在干旱条件下,及时清除水稻体内的活性氧成分。
所谓活性氧,是细胞内氧气代谢产物,具有较强的氧化能力。在正常情况下,植物体内的活性氧含量处在一个较低水平,不会对植物产生伤害。但遇到干旱时,植物体内活性氧含量将明显增加。活性氧大量积累后,就会造成植物氧化损伤。因此,提高水稻细胞活性氧清除能力,即抗氧化能力,有助于提高其耐旱性。
总而言之,这是一个涉及多个关联基因,且相互影响、相互作用,联合调控水稻耐旱性的过程。
不久前,同一个科研团队还在国际期刊《Plant Science》上发表了另一篇研究论文,揭示了调控水稻耐旱性的又一个分子新机制。该研究发现了一个被命名为“OsBBP1”的新基因。该基因可调控多种与活性氧清除相关的基因表达,增强活性氧清除能力,提高水稻在干旱条件下的生存能力,减少干旱引起的水稻产量损失。
近年来,张建福研究员、谢华安院士团队在水稻耐旱性分子机制研究上已取得系列成果。去年,他们在国际期刊《BMC Plant Biology》上发表论文,揭示控制水稻理想株型的主效基因“IPA1”与水稻耐旱性之间的关联性。这些成果运用于育种实践上,将加快定向选育出高耐旱性水稻新品种。