(光明网)四川农大在《科学》发文 揭示单基因调控水稻产量与抗性的协同作用机制

2018-09-12 10:35:20作者:张俊贤 记者李晓东 来源:光明网 点击数:

  

9月7日,国际顶尖学术期刊《科学》在线发表了四川农大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合作完成的研究论文“A single transcription factor promotes both yield and immunity in rice”(水稻转录因子IPA1促进高产并提高免疫),该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,并揭示了IPA1既能增加产量又能提高稻瘟病抗性分子作用机制,为培育高产抗病水稻新品种提供了重要理论基础和应用途径。

水稻是我国的主要粮食作物,其安全生产关系国计民生。培育既抗病又高产的品种是粮食绿色安全生产的重要保障。但通常认为产量与抗性是两个拮抗的过程,存在此消彼长的关系,当植物受到病原菌侵害时,会消耗营养用来抗病,使得发育受阻。因此,解析产量与抗性间的作用机制并在育种应用中实现二者间的协同调控,对于培育高产高抗水稻品种意义重大。近年来,虽然已报道过多个基因在提高植物抗性的同时不影响产量。但是,同时增加植物的产量并提高抗性的单个基因尚未报道。该研究报道了IPA1这个单基因既能增加水稻产量又能提高稻瘟病抗性,打破了单个基因不可能同时实现增产和抗病的传统观点,为高产高抗育种提供了重要理论基础和实际应用新途径。

此次研究成果是多个研究团队强强联合共同努力取得的成果。四川农大水稻所王静副研究员、硕士研究生周练、石辉、美国戴维斯分校MawshengChern博士和中国科学院遗传与发育生物学研究所的余泓副研究员为论文第一作者;四川农大陈学伟研究员、中国科学院遗传与发育生物学研究所李家洋院士、王静为共同通讯作者。四川农大为论文第一完成单位。

IPA1是一个非常重要的基因,它对水稻理想株型的建成起核心调控作用,可以让水稻长得茎秆粗壮、无效分蘖数减少、穗子变大、产量增加等,在实际育种中已经得到大量运用。

“在实际育种中,我们发现IPA1除了能促进高产外,也可以在一定程度上提高基础抗性,这项有趣的发现,让我们觉得有必要去深入解析一下这一现象背后的具体作用机制。”王静介绍。

据悉,此项研究从2012年开始启动,历经几年的艰苦摸索,终于将研究推向深入。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,并进一步研究发现,IPA1的磷酸化修饰是平衡产量与抗性的关键调节枢纽。

通俗来说,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,“口味”发生了变化,倾向于促进抗病相关基因的表达,从而增强水稻免疫反应,提高抗病性。更为“智能”的是,一旦水稻体内的免疫系统被激活,IPA1又很快恢复到之前的状态,继续保证水稻发育的正常进行(图一)。

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水稻转录因子IPA1促进高产和提高抗病性的模式

该论文的发表实现了四川农大在《科学》杂志发表论文零的突破,该杂志最新影响因子(2017年)为41.058。这也是四川农大陈学伟团队继去年在《细胞》上发表高水平论文后取得的又一重大研究成果。

近年来,四川农大高举学术为天的治学理念,注重实施人才强校战略,通过引进高层次人才、学科建设双支计划、教职工奖励、科研后补助等措施,汇聚人才动能,激发科研活力,不断提升学校核心竞争力。陈学伟研究员2011年作为高端人才引进到四川农业大学工作,他在水稻重大病害理论与应用研究方面取得一系列原创性研究成果,近年来,在Cell、Science、PNAS等主流期刊发表SCI论文57篇,累计影响因子351。其相关研究成果被中国科协评选为2017年度“中国生命科学十大进展”,农业部2017年度“中国农业重大科学进展”。

新闻来源:http://difang.gmw.cn/sc/2018-09/07/content_31039297.htm

 

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