专栏名称: 植物生物技术Pbj
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New Phytologist | 浙江大学农学院宋士勇课题组揭示水稻干旱应答的新机制

植物生物技术Pbj  · 公众号  ·  · 2024-02-04 08:09

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水稻 (Oryza sativa L.)是农业生产中需水量最大的农作物,充足的水分供给是保障其生产力的重要条件。然而,随着全球气候持续恶化,极端天气频发,干旱胁迫已发展为全世界范围内最广泛的农业自然灾害之一,严重影响水稻生长和生产,进而威胁粮食安全。因此,研究水稻响应干旱胁迫的遗传基础和分子机制,挖掘耐旱新基因,一方面,可以为培育和改良耐旱水稻新品种提供理论依据,另一方面,对实现农业可持续性发展具有重要的现实意义。


近日,植物学著名期刊New Phytologist在线发表了浙江大学农学院现代种业所宋士勇团队“SNAC1-OsERF103-OsSDG705 module mediates drought response in rice”的研究论文,揭示了SNAC1-OsERF103-OsSDG705分子模块参与水稻干旱胁迫响应的分子机制。该研究不仅加深了对水稻干旱胁迫响应机理的理解,也为水稻抗旱品种的遗传改良提供了新的基因资源。


该团队在此研究中报道了一个AP2/ERF转录因子OsERF103,其功能缺失突变体表现出干旱敏感表型。ChIP-Seq和RNA-Seq的结果表明,OsERF103可以直接调控OsbZIP23等干旱相关的关键基因来响应干旱胁迫。随后通过IP-LC-MS/MS分离到了OsERF103的两个互作蛋白:SNAC1和OsSDG705,随后的分子生物学和遗传学证据揭示了SNAC1-OsERF103-OsSDG705分子模块在干旱应答过程中的作用机制。当水稻遭受干旱胁迫时,一方面,OsERF103与SNAC1相互作用,在植物体内协同促进OsbZIP23等干旱响应相关基因的表达。另一方面,OsERF103可以将H3K4甲基转移酶OsSDG705招募到OsERF103下游靶标的基因座上,通过对相应位点进行H3K4me3修饰来增强这些基因的表达,双管齐下,最终提高水稻对干旱胁迫的耐受力。此外,OsERF103的单倍型 (HAP)和干旱胁迫后的存活率关联分析后发现,在供试群体中一共存在两个单倍型,其中HAP1主要存在于籼稻中,HAP2主要存在于粳稻中,且HAP2对干旱胁迫的耐受力显著高于HAP1,暗示OsERF103可能经历了人工选择导致在籼粳亚种间存在分化,也说明OsERF103的单核苷酸多态性变异可能是造成籼粳稻品种间对干旱胁迫耐受力差异的原因之一。总之,该结果不仅有助于我们从转录调控和转录后调控层面来深入了解水稻抗旱性分子机制,而且还为水稻抗旱性的遗传改良提供了潜在的分子靶标。


博士研究生杨丽佳、许亮和郭佳卓为共同第一作者,宋士勇研究员为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金项目、浙江省杰青项目、浙江省创新创业团队引进培育计划和浙江省重点研发计划的资助。团队负责人宋士勇,浙江大学百人计划研究员,博导,现代种业研究所副所长。2008-2013年于中科院植物所硕博连读(师从张文浩研究员,获博士学位),2012-2017年在新加坡国立大学师从俞皓院士(Prof. Yu Hao Lab),先后以研究助理和博士后身份开展研究。2017年入选中科院百人计划,2020年入选浙江省杰青,2023年入选国家优青。气候变化是21世纪中国乃至全世界农业面临的严峻挑战之一,其影响直接关系到粮食安全和经济稳定。水稻是世界上最重要的粮食作物之一,全世界近一半人口以稻米为主食。然而,随着全球气候变化加剧和人口的不断增长,致使农业用水需求增加和可利用淡水量不足问题凸显,极端高低温、干旱和盐碱成为全世界范围内影响水稻生产的重要的环境因子,严重威胁粮食安全。本实验室利用水稻微核心种质群体资源和突变体库,开展胁迫下全基因组关联分析和候选基因关联分析,发掘新的关键抗逆应答基因,利用分子生物学、生物化学和细胞生物学等手段深入解析相应的分子机制,并创制水稻抗逆新种质,近年来在Journal of Hazardous Materials(2020,共同通讯)、Molecular Plant(2021,唯一通讯)、The Plant Cell(2022,共同通讯),Molecular Plant(2022,唯一通讯),Plant Communications(2023,共同通讯)和Cell Reports(2023,唯一通讯)等期刊发表多篇论文。实验室平台体系健全,气氛良好,关系融洽,薪酬待遇优厚,欢迎应聘博后(年薪20-40万,

https://mp.weixin.qq.com/s/o_QVQmez5_iY1MZTsY3pzQ);课题组博后申请青年基金和博后面上项目获批十余项,优秀成员已先后在中国水稻所和西北农林等高校科研单位获得研究员或者副教授职位,并入选国家青年人才计划。欢迎本科生参加夏令营/九推直博保研或者考研!欢迎硕士生考博!欢迎有志于水稻基因功能和逆境发育研究的小伙伴们加入我们的启真求是小屋,过向往的快乐科研生活!

(https://person.zju.edu.cn/0019056)



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