【技术速递】破解耐旱稻的核心生理和分子特征

研究人员进行实地实验。图片来源：Amelia Henry 博士，国际水稻研究所，Los Baños，拉古纳，菲律宾

研究将基因表达模式与提高水稻耐旱性的性状联系起来。

对于南亚和东南亚的许多小农来说，大米不仅仅是一种主食，更是一种生计。几代小农仅依靠降雨来灌溉庄稼，但气候变化导致的旱季日益频繁和严重，使水稻生产面临巨大压力。这些地区种植的一些传统水稻品种已经适应了干旱条件，可能是制定干旱条件下提高水稻产量战略的关键：“如果我们能够确定传统水稻品种的抗旱基因，我们就可以利用这些知识用于培育新的、产量更稳定、抗旱的水稻品种，”Simon“Niels”Groen 博士说，他是《植物细胞》上发表的一项令人兴奋的新研究的第一作者。

在菲律宾进行的一项为期两年、涉及(jí)数(shù)千(qiān)株(zhū)水(shuǐ)稻(dào)的(de)田(tián)间(jiān)试(shì)验(yàn)中(zhōng)，格(gé)罗(luō)恩(ēn)博(bó)士(shì)和(hé)他(tā)的(de)同(tóng)事们着手这样做。使用一组 20 种不同的水稻品种，其中一些已知能很好地抵抗干旱，该团队探索了干旱条件如何影响水稻的基因表达模式，干旱胁迫的水稻植物如何协调其根和芽之间的基因表达，以及这些基因表达模式如何与使植物在干燥条件下更具弹性的特性相关联。

为了获得用于研究的根系材料，该团队不得不使用镐和锤子敲开坚硬的土壤。正如 Groen 博士所说，“这就像寻找黄金！” 他们的努力得到了回报。该团队确定了一系列与干旱条件下水稻植株适应性相关的性状，例如冠根密度增加。干旱对根中基因表达模式的影响比对芽的影响更大，但研究小组确定了与根和芽的耐旱性相关的共表达基因模块。其中许多模块包括以前与提高耐旱性相关的基因，例如参与根到茎的水分运输和光合作用的基因，其中一个模块包含已知参与与土壤中的丛枝菌根真菌相互作用的基因。

该团队希望在他们的研究中发现的基因模块能够指导培育具有抗逆力的水稻品种，缓解更热、更干燥的世界带来的一些压力：“我们可以亲眼看到干旱如何影响水稻生产，最重要的是，该地区小农的生活。这让我们明白了我们为什么要(yào)进(jìn)行(xíng)我(wǒ)们(men)正(zhèng)在(zài)做(zuò)的(de)研(yán)究(jiū)。”

参考：“进化系统生物学揭示了水稻适应干旱农业生态系统的模式获取访问箭头”，作者 Simon C Groen、Zoé Joly-Lopez、Adrian E Platts、Mignon Natividad、Zoë Fresquez、William M Mauck、III、Marinell R Quintana、Carlo Leo U Cabral、Rolando O Torres、Rahul Satija、Michael D Purugganan 和 Amelia Henry，2024 年 11 月 15 日，植物细胞。
DOI: 10.1093/plcell/koab275

资助：美国国家科学基金会植物基因组研究计划、纽约大学阿布扎比研究所、加州大学河滨分校