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JGG | 揚州大學(xué)劉巧泉/李錢峰團隊揭示GW2–ERF115–SLRL2模塊調(diào)控水稻穗發(fā)芽抗性的分子機制

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穗發(fā)芽?(pre-harvest sprouting, PHS) 是指作物種子在收獲前因遭遇溫暖高濕環(huán)境而在穗上提前萌發(fā)的現(xiàn)象,是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中一類嚴重的逆境災(zāi)害。PHS不僅導(dǎo)致水稻大幅減產(chǎn),還嚴重損害稻米的加工品質(zhì)和營養(yǎng)品質(zhì),給全球糧食安全帶來重大威脅。PHS的發(fā)生與種子休眠性強度密切相關(guān)。因此,挖掘調(diào)控種子休眠的關(guān)鍵基因,解析其分子機制,并培育抗PHS的水稻品種,對保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和糧食安全具有重要意義。

近日,Journal of Genetics and Genomics在線發(fā)表揚州大學(xué)劉巧泉/李錢峰團隊題為“The GW2–ERF115–SLRL2 module regulates seed dormancy in rice”的研究論文。該研究解析了GW2–ERF115–SLRL2分子模塊調(diào)控水稻種子休眠的分子機制揭示該模塊在調(diào)控水稻穗發(fā)芽抗性中的關(guān)鍵作用。


研究團隊通過篩選水稻種子優(yōu)勢表達基因的CRISPR/Cas9突變體庫,鑒定到一個PHS抗性增強的突變體erf115。與野生型植物相比,erf115突變體種子的休眠性增強,而ERF115過表達材料的休眠性則減弱。ERF115作為種子休眠的負調(diào)控因子,其蛋白穩(wěn)定性受到嚴格調(diào)控。研究發(fā)現(xiàn),E3泛素連接酶GW2與ERF115互作并使其泛素化,進而導(dǎo)致ERF115被蛋白酶體降解;gw2突變體中ERF115積累增多,PHS加重。此外,ERF115與轉(zhuǎn)錄因子SLRL2直接互作,抑制SLRL2的轉(zhuǎn)錄激活活性及下游休眠調(diào)控基因MFT2的表達。上述結(jié)果說明GW2–ERF115–SLRL2模塊參與調(diào)控休眠。單倍型和染色體片段置換系分析顯示,粳稻HapI單倍型對應(yīng)的ERF115活性低于秈稻HapII單倍型,這解釋了秈稻PHS總體更嚴重的自然差異,也為秈稻抗PHS育種提供重要靶標。


GW2–ERF115–SLRL2分子模塊調(diào)控水稻PHS抗性的分子模型

綜上所述,該研究鑒定到一個微調(diào)水稻種子休眠的GW2–ERF115–SLRL2分子模塊,該模塊整合了泛素調(diào)控和激素信號傳導(dǎo),為培育抗PHS水稻新品種及保障水稻穩(wěn)產(chǎn)提供了重要基因資源和育種策略。

作者簡介

揚州大學(xué)青年教師王勁東與博士研究生闞麗君為該論文共同第一作者,劉巧泉教授和李錢峰教授為共同通訊作者。相關(guān)工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金等項目資助。

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