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水稻研究重要成果:水稻适应深水的关键基因
发表日期: 2018-07-26 作者: Takeshi Kuroha等 文章来源:《科学》
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到目前为止,植物已经进化成为可以适应各种恶劣环境。然而,虽然水对于植物的生存至关重要,但是大量的水会导致植物被淹没,特别是在东南亚地区,每年有长达45个月的时间的恶劣水淹环境,这对于农作物无疑是灭顶之灾。

近期来自日本东北大学,美国康奈尔大学等处的研究人员发表了题为“Ethylene-gibberellin signaling underlies adaptation of rice to periodic flooding”的文章,通过全基因组关联研究,找到了水稻适应深水的关键基因:SD1SEMIDWARF1),这对于了解水稻淹水适应机制,以及培育抗逆农作物都具有重要意义。

这一研究成果公布在713日的Science杂志上。

在孟加拉国有一种特殊的水稻品种——浮稻,这种深水稻在被洪水浸没的很长一段时间之后,可以迅速地生长延长植物高度,从而挺过长达数月的水淹期。一些研究认为植物激素乙烯和赤霉素(GA)是启动这种生长的调控因子,但这一适应反应的遗传机理和来源则仍然尚未可知。

在这篇文章中,研究人员发现当水稻被淹没时,气态植物激素乙烯会产生,并积聚在体内,随后会出现大量的SD1蛋白质,这是一种酶蛋白,能合成赤霉素(一种具有延长植物高度功能的植物激素)。虽然一般的水稻也会产生SD1蛋白,但是浮稻SD1蛋白的酶活性更高。

研究人员认为这是一种乙烯-赤霉素接替的新机制,即在水淹时,气态的植物激素乙烯会在植物体内累积,它会诱导可促发SD1增加GAs生成的一种转录因子的表达;GA4GAs中的一种,它会促使水稻茎秆的快速生长。对不同稻种进行的演化分析提示,这一现代洪泛区稻种来自对孟加拉野生稻祖先的选择性培育。

研究人员还通过比较各种水稻的SD1遗传信息,发现SD1基因的变异株在人类挑选的水稻适应性策略中起着协同作用。

SD1基因也称为绿色革命基因,自1960年以来,科学家们在其身上投入了许多精力,目前这一研究指出,浮稻能加强SD1基因的功能,可以在洪水期延长植株高度。

在野生稻中发现更多的基因变异或能提供有用的适应性解决方案,后者可将稻子培育成新型的现代稻种,尤其是在当气候变化触发天气剧变的情况下时,后者可将稻子培育成新型的现代稻种。(来源:生物通)

 

Ethylene-gibberellin signaling underlies adaptation of rice to periodic flooding

 

Abstract  Most plants do poorly when flooded. Certain rice varieties, known as deepwater rice, survive periodic flooding and consequent oxygen deficiency by activating internode growth of stems to keep above the water. Here, we identify the gibberellin biosynthesis gene, SD1 (SEMIDWARF1), whose loss-of-function allele catapulted the rice Green Revolution, as being responsible for submergence-induced internode elongation. When submerged, plants carrying the deepwater rice–specific SD1 haplotype amplify a signaling relay in which the SD1 gene is transcriptionally activated by an ethylene-responsive transcription factor, OsEIL1a. The SD1 protein directs increased synthesis of gibberellins, largely GA4, which promote internode elongation. Evolutionary analysis shows that the deepwater rice–specific haplotype was derived from standing variation in wild rice and selected for deepwater rice cultivation in Bangladesh.

 

原文链接:http://science.sciencemag.org/content/361/6398/181/tab-pdf

 


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