經(jīng)過研究攻關(guān),中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所儲成才團(tuán)隊和高彩霞團(tuán)隊日前找到了調(diào)控水稻、小麥穗發(fā)芽問題的兩個“開關(guān)”,包括負(fù)調(diào)控種子休眠的關(guān)鍵基因SD6和正調(diào)控種子休眠的基因ICE2。研究者認(rèn)為兩個基因“雙劍合璧”,有望為因種子穗發(fā)芽導(dǎo)致的大規(guī)模農(nóng)業(yè)損失提供解決方法。該成果12月6日在線發(fā)表于《自然—遺傳學(xué)》雜志。

　　作物馴化過程中由于更多考慮高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病蟲及耐受逆境性狀,常常忽視了對種子適度休眠的保留,從而導(dǎo)致很多作物如水稻、小麥會發(fā)生穗發(fā)芽現(xiàn)象（種子收獲前成熟期如遇連陰雨不能及時收獲,常出現(xiàn)部分籽粒在穗上發(fā)芽的現(xiàn)象）,嚴(yán)重影響了作物的產(chǎn)量和品質(zhì),造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失,甚至影響下季播種。因此,找到水稻、小麥等控制種子休眠的關(guān)鍵基因,闡明種子休眠調(diào)控的分子生理機(jī)制,挖掘其優(yōu)良等位變異,對解決水稻等作物穗發(fā)芽災(zāi)害至關(guān)重要。

　　中國科學(xué)院遺傳發(fā)育所科研團(tuán)隊通過利用強(qiáng)休眠的水稻品種卡薩拉斯和弱休眠水稻品種日本晴構(gòu)建染色體單片段代換系,成功地從強(qiáng)休眠水稻品種中克隆到一個控制水稻種子休眠的關(guān)鍵基因SD6,并證實了SD6負(fù)調(diào)控水稻種子休眠。通過篩選SD6互作蛋白,研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)了另一水稻轉(zhuǎn)錄因子ICE2,且ICE2正調(diào)控種子休眠。

　　研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)SD6/ICE2分子模塊是能夠感知周邊環(huán)境溫度的種子休眠調(diào)控因子：在常溫條件下,SD6基因表達(dá)維持高水平,發(fā)揮其功能,而ICE2基因功能則受到明顯抑制,從而促進(jìn)種子萌發(fā)；在低溫條件下,SD6基因功能則受到明顯抑制,ICE2基因表達(dá)量上調(diào),進(jìn)而發(fā)揮功能,從而使種子維持在休眠狀態(tài)。即通過感知外界環(huán)境溫度變化,SD6/ICE2此消彼長,進(jìn)一步控制種子中植物激素脫落酸含量,從而調(diào)控種子休眠強(qiáng)度,確保其適應(yīng)自然季節(jié)更替,繁衍成功。

　　研究團(tuán)隊通過基因編輯技術(shù)對水稻易穗發(fā)芽品種天隆619、武運(yùn)粳27號以及淮稻5號中的SD6基因進(jìn)行改良,發(fā)現(xiàn)改良的水稻材料在收獲期遭遇連綿陰雨天氣,其穗發(fā)芽情況顯著改善。研究團(tuán)隊對小麥品種科農(nóng)199的TaSD6基因進(jìn)行改良,也可以大大提高小麥穗發(fā)芽抗性,表明SD6基因在水稻和小麥控制種子休眠的功能是保守的。這些研究成果都表明,SD6在水稻、小麥穗發(fā)芽抗性育種改良中具有重要應(yīng)用價值。