近日，中国农业科学院作物科学研究所野生稻种质资源保护与利用课题组在Nature Communications发表了题为“Wild rice GL12 synergistically improves grain length and salt tolerance in cultivated rice”的研究论文，该研究首次报导了一个来自普通野生稻（Oryza rufipogon）的粒长基因GL12，能够同时提高水稻的粒长与耐盐性。其启动子区的一个G/T变异位点，影响了其在小穗、根部的时空表达模式，从而平衡水稻的产量和耐盐。
野生稻整体农艺性状劣于栽培稻，虽然有研究表明野生稻中仍然存在提高作物产量的QTL位点，目前鲜有野生稻产量基因的报道。同时由于作物产量和抗性间的拮抗效应，在提高抗性的条件下维持或提高作物产量是水稻育种的重要方向。一套永久性利用的遗传群体对于发掘野生稻优异基因非常有利。研究团队利用构建的一套以栽培稻9311为受体，海南普通野生稻为供体，覆盖野生稻基因组的染色体片段置换系群体，经过多年表型鉴定，在12号染色体上精细定位到一个与粒长相关的基因位点GL12，编目一个MYB转录因子。通过转基因验证发现，来自野生稻的GL12W的等位基因在籼稻、粳稻遗传背景下，均可以显著提高水稻粒长、粒重以及耐盐性。而来自9311的GL129311等位基因无功能。转录组测序和生理实验表明，GL12W调控系列与细胞分裂、生长相关的基因，以及已报道的水稻粒长基因GS2，提高了灌浆速度，以及颖壳细胞长度。
研究发现野生稻与9311等位基因的启动子MYB domain区域存在一个G/T位点的SNP，且二者存在不同的表达模式。酵母单杂、LUC、EMSA等分子生物学证据表明，G/T位点影响了转录共激活因子GIF1和转录因子WRKY53与GL12启动子区的结合能力，GIF1促进GL12W在小穗中的表达，而WRKY53抑制了盐处理后GL12在根中的表达量，通过调节下游粒型相关基因和耐盐相关基因的表达以协同调控水稻粒长与耐盐。G/T位点同时也是一个明显的籼粳分化位点，几乎所有的粳稻品种都与野生稻一样是Hap-G单倍型，而籼稻是Hap-T单倍型。作者发现，在野生稻启动子驱动下的GL12W近等基因系，无论是粒长还是耐盐性，都显著高于GL12W过表达的株系。这说明野生稻等位基因能够通过调节不同组织部位的表达模式，平衡粒长与耐盐性，达到最优水平。但是，GL12W基因影响了穗粒数，在正常条件下并没有增加水稻的单株产量，这也可能是GL12基因在水稻驯化过程中并没有受到选择的原因。该基因的发现有助于深入理解水稻粒长与耐盐的平衡机制，同时也为将来的水稻育种提供了基因资源。中国农业科学院作物科学研究所/三亚中国农业科学院国家南繁研究院已毕业的博士研究生王艳艳，2022级硕士研究生陈文熹为该论文共同第一作者，崖州湾实验室钱前院士，作物科学研究所杨庆文研究员、乔卫华研究员为该论文的共同通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划（2021YFD1200100），海南省重点研发项目（ZDYF2024XDNY165），海南省科技人才创新项目(KJRC2023B21)，中国农科院创新工程等项目资助。https://www.nature.com/articles/s41467-024-53611-9
高颜值免费 SCI 在线绘图(点击图片直达)
最全植物基因组数据库IMP (点击图片直达)
往期精品(点击图片直达文字对应教程)
机器学习
