东北地理所在水稻穗发芽研究方面取得新进展

近年由于全球温度升高、台风、暴雨等极端天气的频繁出现，穗发芽危害逐年加剧，受害面积不断扩大，严重影响水稻、小麦等农作物的产量和品质。已有研究发现种皮颜色越深，种子休眠性越强，穗发芽抗性也越强，但目前这种相关性的分子机制仍不明晰。

近日，中国科学院东北地理与农业生态研究所方军课题组在Journal of Agricultural and Food Chemistry上发表题为Transcription Factors Rc and OsVP1 Coordinately Regulate Preharvest Sprouting Tolerance in Red Pericarp Rice的研究文章，从分子水平上提供了种皮颜色与穗发芽抗性存在相关性的实验证据。

该课题组前期获得一个穗发芽突变体，通过与休眠性强的水稻品种（红色种皮）杂交进行基因定位过程中发现：红色种皮的后代中出现种皮颜色变浅，穗发芽率降低的现象。基因分析确定：控制穗发芽的基因为OsVP1，是ABA信号途径重要的调控因子；控制种皮颜色的基因为Rc，是调控红色种皮主要成份——原花色素生物合成的转录因子。在红色种皮的Rc代换系中，ABA含量略有上升，但ABA信号基因表达明显上升，OsVP1基因表达上升尤其显著。进一步研究发现红色种皮抑制穗发芽的现象与OsVP1、Rc及另一个调控因子OsC1之间协同相互作用有关，这三个基因通过促进原花色素的生物合成和ABA信号的感知，从而增强了种子对ABA的敏感性，最终抑制穗发芽；该机制在小麦中也相对保守。本研究是该团队在前期系统克隆了穗发芽基因PHS1-PHS4、PHS8、OsCNX1 和 OsCNX6的基础上（Plant J， 2008、Plant J，2018、New Physiologist，2019），进一步通过研究OsVP1、Rc以及OsC1基因相互关系，从分子水平上建立了种皮颜色与穗发芽抗性的联系，推动抗穗发芽分子机制研究取得了新的进展。该项研究为禾谷类作物抗穗发芽研究提供了重要的参考，也为保障粮食品质和粮食安全提供了重要理论基础。

中国科学院东北地理与农业生态研究所已出站博士后王晶为论文第一作者，方军研究员为通讯作者。该研究得到了中国科学院战略性先导科技专项项目、国家重点研发项目、黑龙江省杰出青年基金和中国博士后科学基金的资助。（文章链接：https://doi.org/10.1021/acs.jafc.0c04748）