种子为什么要休眠？储成才/高彩霞组鉴定到控制种子休眠和萌发新的一对基因

2022年12月5号，Nature Genetics杂志在线发表了来自中国科学院遗传与发育研究所储成才课题组（现为华南农业大学）/高彩霞组合作题为“Antagonistic control of seed dormancy in rice by two bHLH transcriptionf actors”的研究论文，该研究鉴定到控制种子休眠和萌发新基因，揭示了种子为什么要休眠的科学问题。

种子休眠是决定作物有效产量和储藏期的重要因素，合适的种子休眠时间长度在增加产量的同时有效抑制作物的穗发芽，提高谷物品质和延长谷物的储藏期。成熟种子由于缺乏休眠特性，收获前就开始萌动甚至穗部发芽，这一现象被称为穗发芽（Pre-harvest sprouting, PHS）。穗发芽严重危害粮食的产量和品质，全球范围每年造成高达10亿美元的经济损失。我国长江流域和华南地区，每年有超过6%种植面积的水稻存在PHS。杂交水稻制种中，亲本在孕穗期喷洒920生长调节剂(有效成分赤霉素)导致PHS，产量损失10-20%。穗发芽与种子休眠密切相关。然而，水稻穗发芽与种子休眠的遗传基础研究尚不完善。

该研究为了鉴定水稻种子休眠自然变异的基因，筛选了几种染色体单节段替代系（CSSSL），这些系来自弱休眠品种Nipponbare和强休眠品种Kasalath之间的杂交。然后选择其中一个品系Q27进行进一步分析，Q27新鲜收获的种子表现出接近Kasalath的休眠状态，被称为SD6。进一步对SD6进行精细定位，表明SD6编码基本的螺旋 - 环 - 螺旋（bHLH）转录因子，这是种子休眠自然变异的基础。

进一步研究表明，SD6通过特异性识别ABA分解代谢基因ABA8OX3启动子中的G-box基序并激活其表达来负调节水稻种子休眠。此外，SD6相互作用蛋白ICE2特异性识别ABA8OX3启动子中的E-box基序并抑制其表达，从而增强种子休眠。同时该研究还发现存在SD6/ICE2-OsbHLH048-NCED2级联调节水稻种子休眠。与其拟南芥同系物AtbHLH57相比，OsbHLH048在调节水稻种子休眠方面具有相反的功能。因此，该研究结果揭示了一对拮抗性TFs的新范式，该TFs通过平衡种子休眠和发芽的不同机制同时调节植物激素的生物合成和降解。

最后，该研究发现SD6的弱休眠等位基因在栽培水稻中很常见，但在野生稻中经历负选择。值得注意的是，通过基因编辑水稻中的SD6及其小麦同系物，证明了SD6是田间条件下缓解谷物PHS的有用育种靶点。

转自：“iPlants”微信公众号

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