NC | 重要突破！中国农业大学农学院李自超教授团队发表研究论文，发掘旱稻抗旱关键基因DROT1

稻作在长期的演化过程中，由于种植方式和地理环境的不同，形成了两种不同的生态类型：水稻和旱稻。水稻主要种植于传统稻作区，整个生长周期必须有水灌溉才能保证获得产量。而旱稻主要种植于半干旱或季节性干旱地区，生长在通透性好的土壤中，整个生长周期无需人工灌溉，仅靠自然降雨，也可获得有效产量。一直以来，针对水稻抗旱性的遗传与分子生物学研究报道很多，但绝大多数研究都是从反向遗传学角度入手，而且主要利用水稻，而不是旱稻开展抗旱遗传研究，这导致我们至今仍然无法解析旱稻抗旱的遗传机制和分子基础。

近日，中国农业大学农学院李自超教授团队在nature communications发表了题为“Natural variation of DROT1 confers drought adaptation in upland rice”的研究论文。该研究利用271份水、旱稻种质资源进行大田干旱环境下的苗期抗旱表型鉴定，并结合全基因组关联分析，定位到主要抗旱QTL。同时，对以旱稻IRAT109为供体，水稻越富为受体，构建的导入系进行抗旱性鉴定，筛选出具有抗旱性的染色体导入片段。二者结合锁定其中一个重要QTL-qDR10b，通过候选基因分析确定了一个可能的抗旱基因，命名为DROT1 (DROUGHT1)。该基因编码一个COBRA家族蛋白，参与细胞壁的形成过程中纤维素的组装。通过遗传转化试验，在实验室土培断水胁迫和田间干旱环境下，均证明了DROT1具有抗旱性，而且DROT1的抗旱性与其表达量有关。DROT1主要在水稻维管组织表达，其蛋白定位于细胞壁或细胞外围区域。通过对在正常环境和干旱环境下生长的转基因材料叶片中细胞壁成分进行化学法测定，以及利用FTIR技术进行叶片维管组织的原位定量分析，表明了在干旱环境下，叶片维管组织细胞壁中的纤维素含量的改变是抗旱性差异的主要因素。通过X射线小角衍射，发现DROT1影响纤维素的结晶度，对纤维素的组装发挥重要作用。

综合表明，DROT1通过影响维管组织细胞壁中纤维素的含量和结构，来介导水稻植株抗旱性。通过分子生物学实验证明DROT1表达受到已知的参与抗旱的转录因子ERF3和ERF71的直接调控，它们之间的协调使得水稻植株在干旱和生长发育中取得了平衡。对稻种资源DROT1单倍型分析发现，Hap3是典型的旱稻单倍型，其启动子的关键变异导致该基因表达量升高，进而提高抗旱性。这一研究将为旱稻育种提供具有重要价值的基因和遗传资源。
中国农业大学博士后孙兴明，华中农业大学副研究员熊海燕为共同第一作者，李自超教授为通讯作者。本研究得到科技部重点研发计划、国家自然科学基金和中国博士后科学基金等项目的资助。

本文转载自植物微生物最前线

转自：植物生物技术Pbj

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