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科技创新进展:研究揭示水稻卷叶基因SRL10协同调控耐热性

来源:中国水稻研究所作者:重点实验室发布时间:2023-01-10

近日,我所水稻生物学国家重点实验室张光恒研究员/钱前院士团队在《植物生物技术杂志》上发表了题为《半卷叶调控基因SRL10通过与过氧化氢酶B互作协同调控水稻叶形及其耐热性》的研究论文。该研究克隆了同时调控水稻株叶形态建成与产量、耐热性的相关的双链RNA结合蛋白编码基因SRL10,并揭示其与过氧化氢酶CATB互作、协同调控水稻耐热性的分子机制,鉴定了SRL10在水稻中具优异耐热性的等位变异。

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图1. 突变体性状鉴定、细胞学观察及SRL10基因图位克隆

团队利用水稻叶片卷曲和热敏感突变体srl10、染色体片段置换系及自然种质遗传群体,通过正向遗传学方法完成株型发育与耐热协同调控相关的目的基因SRL10的图位克隆,该基因编码双链RNA结合蛋白。研究发现SRL10影响miRNA生物合成,正向调控近轴面泡状细胞发育影响株叶形态和产量,同时参与miRNA介导的耐热性调控进程。

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图2. SRL10与CATB互作增加蛋白稳定性,提高水稻耐热性

SRL10与过氧化氢酶同工酶B(CATB)互作,增加蛋白稳定性,增加SRL10的表达量能显著提高CATB介导的H2O2清除能力,增加耐热性。SRL10的单倍型和等位基因频率分布分析结果表明,粳稻中大部分品种携带SRL10 Hap1等位变异,籼稻中同时存在SRL10 Hap2和SRL10 Hap3等位变异,而大多数aus稻品种携带SRL10 Hap3等位变异。鉴定结果表明:携带aus稻SRL10 Hap3等位变异的自然品种在高温胁迫下结实率均显著高于携带SRL10 Hap1等位变异的粳稻品种。


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图3. SRL10耐高温有利单倍型鉴定

用遗传背景接近的遗传材料构建分别携带aus稻和粳稻的SRL10等位变异的近等基因系(NIL-SRL10 Hap3和NIL-SRL10 Hap1)。蛋白稳定性鉴定结果表明:NIL-SRL10 Hap3蛋白热稳定性要显著高于NIL-SRL10 Hap1,且在人工控制的高温条件下NIL-SRL10 Hap3的结实率和产量均显著高于NIL-SRL10 Hap1。而且,具有SRL10 Hap3等位变异的品种,SRL10和CATB表达水平较高,蛋白稳定性强,使植株具有更强的耐热性。因此,高温胁迫下SRL10通过与CATB互作调控H2O2的积累,参与ROS代谢,减轻高温胁迫对植株的伤害,提高耐热性。携带SRL10 Hap3单倍型在高温环境下为具有提高水稻耐热性有利等位变异。本研究首次将水稻的形态发育和生理抗逆作为一个整体开展研究,在研究思路和技术上都取得重要突破。研究结果不仅进一步完善了水稻株型与抗逆的协同调控遗传网络,同时为水稻多性状协同改良和抗逆育种提供新的理论依据和基因资源。

该研究得到国家自然科学基金、中国农业科学院人才专项和三亚中国农业科学院国家南繁研究院重点项目等资助。我所博士研究生王佳佳和出站博士后、中国林科院亚林所徐静副研究员为该论文的共同第一作者,钱前院士和张光恒研究员为共同通讯作者。我所张健研究员和王以锋副研究员为本研究蛋白实验提供支持。

文章链接:https://doi.org/10.1111/pbi.13999


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