东北地理所在水稻表皮蜡质合成和干旱反应的分子机制方面取得重要进展

表皮蜡质是植物最外面的疏水层，对于植物防御环境胁迫有重要保护作用，尤其在干旱胁迫条件下减少植物非气孔途径的水分流失具有重要作用。关于蜡质合成途径关键酶的编码基因，以及相关转录因子研究较多，而对于蜡质合成翻译后调控机制的研究鲜见报道。

本研究首次发现水稻Really Interesting New Gene (RING) 类基因DROUGHT HYPERSENSITIVE (DHS) 编码的蛋白，是重要的蜡质合成调控因子。DHS过量表达植株表皮蜡质结构严重破坏，蜡质组分含量与野生型相比显著降低，对干旱极为敏感；反之，dhs 突变体与野生型相比，蜡质组分含量显著增加，抗旱能力增强。

进一步研究发现，DHS具有E3泛素连接酶活性，能够与HD-ZIP Ⅳ家族转录因子ROC4相互作用，分析ROC4过量表达植株和基因敲除突变体，发现ROC4正调控水稻表皮蜡质合成和干旱胁迫反应；ROC4体内蛋白具有泛素化形式，并受泛素/26蛋白酶体（UPS）途径介导降解；DHS促进ROC4降解，而dhs突变减缓ROC4降解；遗传学分析表明，ROC4作用于DHS下游；DHS-ROC4直接调控下游靶基因Os-BDG的表达。

综上所述，DHS通过泛素化降解ROC4，从而负调控表皮蜡质合成，进而影响水稻抗旱能力，该作用机制的揭示对水稻抗旱育种具有重要的应用价值。

图1. DHS-ROC4共同调控蜡质合成和干旱反应示意图

本研究成果于2017年12月在植物学国际知名杂志Plant Cell上在线发表，东北地理所王臻昱助理研究员为论文第一作者，卜庆云研究员为论文通讯作者，相关工作得到了中国科学院“分子模块设计育种”先导专项、国家自然科学基金和中国科学院百人计划的资助。

论文信息：

Zhenyu Wang, Xiaojie Tian, Qingzhen Zhao, Zhiqi Liu, Xiufeng Li, Yuekun Ren, Jiaqi Tang, Jun Fang, Qijiang Xu, Qingyun Bu, Plant Cell December 2017, DOI: https://doi.org/10.1105/tpc.17.00823

论文链接：

http://www.plantcell.org/content/early/2017/12/13/tpc.17.00823/tab-article-info