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科学家揭示水稻转录因子高产抗病调控机制,中
分类:科技创新

近日,《科学》在线发表了四川农业大学陈学伟团队、中科院遗传与发育生物学研究所李家洋院士团队及美国加州大学戴维斯分校Pamela Ronald团队合作在水稻产量与抗病协同调控机制研究领域取得的最新进展,揭示了水稻理想株型建成的关键基因IPA1既能提高产量又能提高稻瘟病抗性的调控新机制。

记者9月7日从四川农业大学获悉,四川农业大学与中国科学院遗传与发育生物学研究所、加州大学戴维斯分校的科学家研究发现了水稻理想株型建成的关键基因IPA1在水稻稻瘟病抗病过程中的作用,打破了单个基因不可能同时实现增产和抗病的传统观点。 这一科研成果可以为水稻高产高抗育种提供重要理论基础和实际应用新途径,已于北京时间7日在国际顶尖学术期刊《科学》在线发表。

高产抗病品种的培育是水稻等粮食作物安全生产的重要保障。传统观点认为,发育与抗性是相互拮抗的两个生物学过程,然而,植物体内是如何实现这二者关系的协调共存呢?近年来,虽然已报道了多个基因在提高植物抗性的同时不影响产量,但在增加植物产量并提高抗性的单个基因尚未报道。

“学术界通常认为产量与抗性存在此消彼长的关系,当植物受到病原菌侵害时,会消耗自身营养用来抗病,使得发育受阻。”四川农业大学学术委员会副主任陈学伟介绍,此前科研人员已发现多个基因在提高植物抗性的同时不影响产量,但还没有报道过同时增加植物的产量并提高抗性的单个基因。

IPA1编码植物所特有的SPL转录因子家族成员,是水稻理想株型建成的核心元件之一。IPA1不仅能增加水稻产量,还可以提高水稻对稻瘟病的抗性。进一步研究发现其编码蛋白IPA1的磷酸化修饰是平衡产量与抗性的关键调节枢纽。IPA1受稻瘟病菌诱导磷酸化,该磷酸化能改变IPA1与DNA序列的结合特性,通常情况下,IPA1结合DEP1等穗发育相关基因的启动子,促进其表达,负责水稻理想株型的建成,调控水稻产量。受稻瘟病菌诱导磷酸化后的IPA1更倾向于结合抗病相关基因WRKY45的启动子,促进其表达,增强免疫反应,提高抗病性。

这项研究从2012年开始启动。历经几年的艰苦探索,中外科学家研究发现,IPA1在增加水稻产量的同时,还能提高水稻对稻瘟病菌的抗性,IPA1的磷酸化修饰是平衡产量与抗性的关键调节枢纽。

相关论文信息: DOI:10.1126/science.aat7675

陈学伟介绍,IPA1是个非常“聪明”的基因,它可以根据水稻实际情况“选择”是提高抗性还是促进发育:没有受稻瘟病侵袭时,IPA1“选择”负责水稻理想株型的建成,调控水稻产量;受稻瘟病菌侵袭时,IPA1受稻瘟病菌诱导磷酸化,增强水稻免疫反应,提高抗病性。

(原载于《中国科学报》 2018-09-12 第1版 要闻)

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