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JIPB | 中国农业科学院深圳农业基因组研究所向勇和钱前课题组揭示水稻种子穗发芽调控关键因子SDR4的遗传机制

作者:南京瑞源生物技术有限公司 浏览: 发表时间:2022-04-24 13:50:19

                                                                      


成熟种子由于缺乏休眠特性,收获前就开始萌动甚至穗部发芽,这一现象被称为穗发芽(Pre-harvest sprouting, PHS)。穗发芽严重危害粮食的产量和品质,全球范围每年造成高达10亿美元的经济损失。我国长江流域和华南地区,每年有超过6%种植面积的水稻存在PHS。杂交水稻制种中,亲本在孕穗期喷洒920生长调节剂(有效成分赤霉素)导致PHS,产量损失10-20%。穗发芽与种子休眠密切相关。然而,水稻穗发芽与种子休眠的遗传基础研究尚不完善,已克隆水稻休眠QTL位点Seed Dormancy4 (Sdr4)的群体遗传属性与分子机制尚不清楚,Sdr4介导的种子休眠性状在水稻亚种(粳稻与籼稻)适应局部环境中的作用等关键科学问题尚不清楚。


JIPB近日在线发表中国农业科学院深圳农业基因组所向勇和钱前课题组Sdr4 dominates pre-harvest sprouting and facilitates adaptation to local climatic condition in Asia cultivated rice的研究论文https://doi.org/10.1111/jipb.13266该研究利用499份水稻种质和遗传群体进行全基因组关联分析 (GWAS) 和连锁作图 (Linkage mapping), 对水稻种子休眠的遗传基础进行解析。研究发现Sdr4是水稻粳、籼两个亚种间穗发芽差异的主导性遗传因子,且其与已克隆的水稻种子休眠位点Red pericarp (Rc)Semidwarf1 (SD1)存在加性效应。此外,该研究还发现亚洲不同地域水稻种质Sdr4位点的基因型与其所处气候环境因子(降雨量)显著关联,暗示Sdr4位点在水稻驯化与改良以适应不同的地理环境中发挥重要作用。最后,作者分别开发了Sdr4SD1Rc位点的功能性分子标记,用于分子辅助育种。本研究为进一步解析Sdr4调控种子休眠的分子机制提供了线索,为利用Sdr4, RcSD1的有利等位基因协同提高现代水稻品种的PHS抗性、产量和品质提供了理论指导与分子标记。

                                                     

向勇课题组近年来在种子休眠与萌发调控的研究中取得了系列进展。克隆种子休眠调控的重要遗传因子RDO5并解析其分子机理(Xiang et al., 2014;Xiang et al., 2016)克隆种子休眠调控基因ODR1, 揭示ABI3-ODR1-bHLH57-NCED6/9模块调控种子休眠的分子机制 (Liu et al., 2020)博士后赵波和已毕业博士张会为该论文的第一作者向勇研究员和钱前院士为共同通讯作者该研究得到了国家自然科学基金、深圳市科创委科技计划、广东省重点领域研究发展计划等项目资助。


参考文献:

Liu, F., Zhang, H., Ding, L., Soppe, W.J.J., and Xiang, Y.*. Reversal of RDO5 1, a homolog of rice seed dormancy4, interacts with bHLH57 and controls ABA biosynthesis and seed dormancy in Arabidopsis. Plant Cell 2020, 32: 1933–1948.

Nee, G.#; Xiang, Y.# and Soppe, W.J.*. The release of dormancy, a wake-up call for seeds to germinate. Current Opinion in Plant Biology 2017, 35:814.

Xiang, Y., Song, B., Née, G., Kramer, K., Finkemeier, I., and Soppe, W.J.J.*. Sequence polymorphisms at the REDUCED DORMANCY 5 pseudophosphatase underlie natural variation in Arabidopsis dormancy. Plant Physiology 2016, 171: 26592670.

Xiang, Y., Nakabayashi, K., Ding, J., He, F., Bentsink, L., and Soppe, W.J.*. REDUCED DORMANCY 5 encodes a protein phosphatase 2C that is required for seed dormancy in Arabidopsis. Plant Cell 2014. 26: 43624375.


JIPB | 中国农业科学院深圳农业基因组研究所向勇和钱前课题组揭示水稻种子穗发芽调控关键因子SDR4的遗传机制
成熟种子由于缺乏休眠特性,收获前就开始萌动甚至穗部发芽,这一现象被称为穗发芽(Pre-harvest sprouting, PHS)。穗发芽严重危害粮食的产量和品质,全球范围每年造成高达10亿美元的经济损失。我国长江流域和华南地区,每年有超过6%种植面积的水稻存在PHS。杂交水稻制种中,亲本在孕穗期喷洒920生长调节剂(有效成分赤霉素)导致PHS,产量损失10-20%。穗发芽与种子休眠密切相关。
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