水稻基因组编辑及无融合生殖研究创新团队破解水稻“长寿密码”
9月5日，中国水稻研究所水稻基因组编辑及无融合生殖研究创新团队在Science Advances发表了题为Natural variation in SL6 determines fatty acid components and seed longevity in rice的研究论文。该研究克隆到调控水稻种子寿命的关键基因SL6，并揭示其调节种子脂肪酸组分，抑制膜脂过氧化，从而延长种子寿命的分子机制。
全球每年约有25%-33%的种子在仓储过程中因老化劣变而失去活力，经济损失高达数十亿美元。如何延长种子寿命，一直是种业领域的“卡脖子”难题。经近十年努力，研究团队创立了水稻种子寿命半衰期指标G50，并克隆到主效QTL-qSL6, 其编码为一种脂酰-酰基载体硫酯酶，主要调控软脂酸(C16:0，约占稻米脂肪酸20%)的合成。种子灌浆期干燥胁迫产生的ABA信号经VP1蛋白传递，直接激活SL6表达。SL6就像一个精密的“分子盾牌”，通过提高种子内饱和/不饱和脂肪酸的比例，有效降低了细胞膜脂双键被氧化的风险，从源头上加固了细胞的“防御工事”，抑制膜脂过氧化损伤。
相比不耐储品种，HHZ中的SL6HHZ的5’-UTR含有一个与病毒35S启动子前导序列高度同源的S1元件插入。该元件的茎环结构可增强SL6和不同物种来源基因的mRNA稳定性，具有多物种通用的增强子特性。基于S1的Indel变异，SL6可分为HapHHZ(S1+)和HapJZ(S1-)两种单倍型。进化分析显示，HapHHZ为祖先型，源自野生稻，是水稻在驯化过程中为适应高温高湿贮藏环境而保留下来的“长寿秘籍”，主要在籼稻中保留，而在粳稻驯化过程中逐渐丢失。
通过转基因方法适度提高SL6表达，或利用分子育种手段将SL6HHZ导入到主栽粳稻品种或粳型恢复系亲本，均可有效提升种子的半衰期，常规稻G50提升约27%，杂交稻G50提升约15%，且不改变主要农艺性状。这对于解决我国粳稻及籼粳杂交稻种子仓储过程中易劣变的产业痛点具有巨大的应用价值。此外，SL6亦可大幅提升拟南芥和烟草的种子寿命，表明该基因在单、双子叶植物的种子耐贮性改良方面拥有广阔的跨物种应用前景。
图1. SL6HHZ优异单倍型显著提高粳稻和籼粳杂交稻的种子寿命
图2. SL6调控水稻种子寿命的工作模式图
本研究得到国家自然科学基金、浙江省自然科学基金、浙江省“高层次人才特殊支持计划”和中国农科院科技创新工程等资助。水稻所王以锋副研究员、应杰政研究员为论文共同第一作者，张健研究员为通讯作者。
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https://doi.org/10.1126/sciadv.aeg8609