The Crop Journal | 云南大学联合中国农科院作科所揭示ABA合成酶OsNCED2T调控陆稻旱地适应性

以下文章来源于The Crop Journal ，作者编辑部

水稻是世界上最重要的粮食作物之一，而陆稻作为适应旱地生存的一种生态型，在高原山地地区农业生产中拥有重要的地位。陆稻经过长期的进化，受到自然和人工选择的双重压力，进化出适应旱地且相对高产的陆稻生态型。目前已经克隆验证了多个陆稻适应性进化的关键基因（如OsTb2、DROT1等）。ABA是公认的植物逆境应答关键基因，但其在陆稻适应性进化中的作用尚不清楚。

近日，云南大学联合中国农业科学院作物科学研究所在The Crop Journal在线发表了题为“The ABA synthesis enzyme allele OsNCED2T promotes dryland adaptation in upland rice”的研究论文，作者通过分析陆稻（upland rice）和水稻（lowland rice）来源的OsNCED2生物学功能，证明了OsNCED2T通过提高陆稻脱落酸（ABA）含量调控根系发育和抗旱性以应对旱地胁迫的适应策略。

研究者前期鉴定到陆稻中一个ABA合成代谢途径上关键限速酶等位基因（9-顺式-环氧类胡萝卜素双加氧酶编码基因，OsNCED2T），在陆稻中存在显著的选择信号，并通过群体关联分析证明该位点与侧根密度正相关。本研究通过基因敲除和过表达株系表型分析表明，OsNCED2T可调控ABA合成，促进冠根和侧根的发育，并提高水稻抗旱性（图1）。生理指标分析显示，OsNCED2T通过调控ABA合成介导气孔快速关闭以减少旱地条件下水分散失，并诱导POD、SOD等提高过氧化物（ROS）清除能力而抵御胁迫（图2）。利用基因编辑技术将OsNCED2C的固定位点SNP由C变为T，证明了该位点为水、陆稻适应性分化的功能变异位点（图3）。结合OsNCED2T介导的地上部生长抑制，证明了OsNCED2T通过提高陆稻根冠比和气孔关闭共同介导的避旱性，以及氧化还原平衡介导的耐旱性来促进陆稻旱地适应性。通过转录组进一步解析了OsNCED2T通过调控下游MAPK和BR信号通路、根系发育基因（OsAMTR1和OsMED14_1）来应对旱地环境。研究者通过对携带OsNCED2T的近等基因系和基因编辑株系进行旱地条件下的产量评价，证明该基因除了促进抗旱存活还可促进水稻抗旱生产，为水稻和陆稻抗旱育种提供有利基因资源。

图1 敲除突变体和过表达株系的ABA含量、根系表型及抗旱性鉴定

图2 OsNCED2T过表达植株响应干旱胁迫的生理指标分析

图3 C/T变异影响OsNCED2活性增强以促进根系发育及旱地适应性

作者和基金项目

云南大学农学院黄立钰教授为该文第一作者，胡凤益研究员为通信作者，中国农业科学院作物科学研究所傅彬英研究员和王文生研究员也参与了相关工作。该研究得到国家自然科学基金项目（U1602266，32060474，31601274）和云南省科技厅项目（202005AF150009，202101AS070001）的资助。该团队长期开展陆稻适应性进化的选择机制研究，揭示了陆稻根系和分蘖是陆稻适应性进化中的重要表型变异。结合群体遗传学研究，鉴定并验证了陆稻生态型分化关键基因OsTb2是陆稻分蘖降低的驯化基因，该基因通过调控独脚金内酯信号通路，进而调控陆稻分蘖表型（Nature Communications, 2020）。结合陆稻OsNCED2T介导的根系可塑性发育提高植株根冠比，进而促进陆稻旱地适应性的应对策略，扩展了自然选择和人工选择下作物适应性进化理论，为水稻节水抗旱育种提供新基因资源，具有重要的理论和现实意义。

本文转载自The Crop Journal

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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