中國農業大學植保學院彭友良、趙文生團隊揭示水稻高產抗病的新機制

核心提示：該研究鑑定了一個非典型的Dof轉錄因子OsDes1，並揭示了其正向調控水稻持綠、產量和抗病性的分子機制。……（世界食品網-www.shijieshipin.com）

中國農大新聞網訊 近日，植物保護學院彭友良、趙文生團隊在《科學進展》（Science Advances）雜誌上在線發表了題爲“The atypical Dof transcriptional factor OsDes1 contributes to stay-green, grain yield, and disease resistance in rice”的研究論文，該研究鑑定了一個非典型的Dof轉錄因子OsDes1，並揭示了其正向調控水稻持綠、產量和抗病性的分子機制。

葉片持綠（stay-green）是作物高產優質的重要生理基礎之一。研究表明，葉片持綠性與作物產量之間存在顯著的正相關關係。持綠性好的作物品種，在生長後期仍能保持較高的葉綠素含量和光合作用效率，從而延長光合作用時間，增加光合產物的積累。在水稻等禾本科作物中，葉片持綠性好的品種通常具有更高的產量潛力。一般認爲，產量與抗病性之間存在某種程度的拮抗關係。當植物受到病原菌侵害時，會消耗大量的營養資源來抵禦病害，導致生長髮育缺陷，並最終致使產量下降。如何在不犧牲產量的同時增強植物的抗病性，一直是植物病理學和育種學界致力解決的關鍵問題。

該研究通過篩選T-DNA插入水稻突變體庫獲得了一個延緩衰老的激活突變體des1-D（delayedsenescence 1-Dominant），其在籽粒成熟後期其葉片明顯持綠，單株產量增加，並且對稻瘟病和白葉枯病的抗性明顯增強。分析發現T-DNA插入導致OsDes1基因表達量上調。OsDes1的過表達株系表現出與des1-D相似的葉片持綠、抗病性增強和產量增加，而敲除株系則與野生型沒有明顯差異。進一步分析發現，在粳稻的自然變異中，OsDes1的表達水平與葉片持綠性呈正相關，並在其基因啓動子區域鑑定到與表達水平相關的Haplotype。這些結果爲OsDes1在育種中的利用提供了基礎。

已有研究表明細胞色素b6f複合體（Cytb6f）的核心組分Rieske FeS蛋白OsPetC在增強光合作用效率、維持葉綠素水平和增加生物學產量等方面發揮重要作用。該研究發現OsDes1編碼一個不含鋅指結構的非典型Dof蛋白，但具有轉錄激活活性。該研究揭示OsDes1通過兩種機制促進葉片持綠和提高產量。一方面，OsDes1與OsPetC直接互作以抑制其泛素化及被26S蛋白酶體降解，從而維持其蛋白水平；另一方面，作爲轉錄激活因子，OsDes1靶向OsPetC的啓動子以激活其表達。同時，OsDes1通過與防禦相關基因（如OsPR1b）的啓動子區域結合並激活其表達，增強水稻的抗病性。此外，OsDes1通過一種依賴於ABA和JA的機制介導了延遲衰老和抗病性。綜上所述，該研究結果證明OsDes1是一個正向調控水稻產量和抗病性的關鍵因子，爲培育“既增產、又抗病”的水稻品種提供有用的基因資源。

中國農業大學植物保護學院博士後邱天成爲該論文的第一作者，趙文生教授爲該論文的通訊作者。中國農業大學植物保護學院已畢業碩士生魏爽、張曼、李奕昕、田嘉根、高愛愛，在讀博士生方柯興、馮亞豔、程亞普、楊清雅，碩士生張三偉、楊夢妮參與了該研究工作。中國農業大學植物保護學院的彭友良教授、VijaiBhadauria教授，中國農業大學農學院的李金傑教授爲該研究做出了重要貢獻。該研究得到了國家自然科學基金（U22A20463和31872926）、中國農業大學三亞研究院項目基金（SYND-2022-31）、拼多多-中國農業大學研究基金（No. PC2023A01005）和中國農業大學2115人才培育發展支持計劃的資助。

原文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adp0345

日期：2024-11-11