我科學(xué)家發(fā)現(xiàn)讓水稻“不怕熱”基因 解析其調(diào)控的分子機(jī)制

氣候變暖是影響水稻生產(chǎn)最嚴(yán)重的非生物脅迫因素之一，為此，在稻屬野生種資源中發(fā)掘水稻生殖發(fā)育時(shí)期耐高溫基因資源對(duì)培育水稻耐熱品種具有重要意義。近期，江西省農(nóng)科院科研團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了我國(guó)具有重要利用價(jià)值的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)水稻耐高溫基因，該基因可以應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生物技術(shù)育種，是應(yīng)對(duì)全球氣候變暖、提高水稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的有效途徑。

5月5日，江西省農(nóng)科院水稻國(guó)家工程研究中心(南昌)超級(jí)稻育種研究團(tuán)隊(duì)曹志斌副研究員以第一作者身份在《Plant Biotechnology Journal》期刊在線發(fā)表了研究論文。該研究克隆了水稻重要功能基因HTH5，發(fā)現(xiàn)HTH5可正向調(diào)控水稻對(duì)高溫的耐受性，并解析了其調(diào)控的分子機(jī)制。該成果為水稻耐高溫育種的分子改良提供了基因儲(chǔ)備和材料基礎(chǔ)。

據(jù)了解，該研究團(tuán)隊(duì)利用耐高溫普通野生稻和熱敏感秈稻及粳稻為親本，通過(guò)多年雜交和回交構(gòu)建了一系列生殖生長(zhǎng)期耐高溫近等基因系和定位群體，把其中第5號(hào)染色體上的耐高溫QTL qHTH5精細(xì)定位在26.5Kb區(qū)間內(nèi)，結(jié)合核苷酸序列分析和表達(dá)分析確定HTH5為候選基因。該基因?qū)儆诹姿徇炼呷┙Y(jié)合蛋白基因家族，編碼一個(gè)磷酸吡哆醛穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)蛋白，并且定位在線粒體中。進(jìn)一步通過(guò)互補(bǔ)測(cè)驗(yàn)轉(zhuǎn)基因試驗(yàn)證明HTH5正向調(diào)控水稻抽穗揚(yáng)花期耐熱性。超量表達(dá)HTH5能夠顯著提高水稻揚(yáng)花期高溫脅迫下的結(jié)實(shí)率，抑制表達(dá)HTH5能夠顯著降低水稻揚(yáng)花期高溫脅迫下的結(jié)實(shí)率。生理實(shí)驗(yàn)分析表明HTH5通過(guò)提高熱誘導(dǎo)的吡哆醛磷酸含量來(lái)減少高溫下活性氧的積累，從而提高水稻花粉的耐熱性，達(dá)到提高結(jié)實(shí)率(產(chǎn)量)的目的。啟動(dòng)子區(qū)域序列分析發(fā)現(xiàn)HTH5啟動(dòng)子上游2個(gè)單核苷酸變異影響了基因表達(dá)量，并且與水稻耐熱性多樣化相關(guān)。因此HTH5基因的克隆為水稻耐高溫理論研究積累了經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)，也為水稻耐高溫育種提供了重要的基因資源。

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