近日，農(nóng)學(xué)院、廣東省高等學(xué)校未來作物精準(zhǔn)育種基礎(chǔ)研究卓越中心王州飛教授團(tuán)隊(duì)在Science子刊Science Advances在線發(fā)表了題為“Feedback transcription regulation between OsNAC3 and OsDREB1A promotes post-germination growth in rice”的研究論文。該研究揭示了OsDREB1A-OsNAC3-OsGA20ox1轉(zhuǎn)錄模塊通過赤霉素途徑調(diào)控水稻芽期生長(zhǎng)的分子機(jī)制，并明確了其在育種中的利用價(jià)值。

直播稻栽培因其操作簡(jiǎn)便、節(jié)本增效等優(yōu)勢(shì)備受農(nóng)戶青睞。浸種催芽播種作為該技術(shù)的核心環(huán)節(jié)，其芽期活力直接影響田間成苗率，以及后期作物產(chǎn)量和品質(zhì)。激素調(diào)控種子萌發(fā)的分子機(jī)制已有諸多報(bào)道，盡管種子萌發(fā)與芽期生長(zhǎng)存在生理關(guān)聯(lián)，但二者受獨(dú)立分子機(jī)制調(diào)控，至今有關(guān)芽期生長(zhǎng)的激素調(diào)控網(wǎng)絡(luò)仍不清晰。因此，解析水稻芽期生長(zhǎng)的關(guān)鍵基因及其作用機(jī)制，為培育適宜直播的水稻品種提供重要線索。

本研究聚焦直播稻芽期生長(zhǎng)調(diào)控的分子機(jī)制，首先通過分析種子萌發(fā)早期根和芽的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，成功挖掘并鑒定出轉(zhuǎn)錄因子OsDREB1A是正向調(diào)控芽期生長(zhǎng)的關(guān)鍵因子。深入探究其分子機(jī)制發(fā)現(xiàn)，OsDREB1A與OsNAC3之間能相互直接結(jié)合彼此啟動(dòng)子，形成獨(dú)特的OsDREB1A-OsNAC3-OsDREB1A轉(zhuǎn)錄反饋調(diào)控環(huán)路，激活彼此表達(dá)。同時(shí)，OsNAC3直接結(jié)合赤霉素（GA）生物合成基因OsGA20ox1啟動(dòng)子并激活其表達(dá)，從而提高活性GA含量。最終，借助OsNAC3介導(dǎo)的GA生物合成增加，OsDREB1A促進(jìn)芽期生長(zhǎng)。

在育種應(yīng)用方面，研究精準(zhǔn)鑒定了控制芽期生長(zhǎng)的OsDREB1A和OsNAC3優(yōu)異單倍型，深入剖析了影響OsDREB1A和OsNAC3表達(dá)水平的啟動(dòng)子區(qū)順式調(diào)控元件，揭示了秈粳稻在芽期生長(zhǎng)自然變異中的遺傳基礎(chǔ)。將OsNAC3和OsDREB1A優(yōu)異單倍型導(dǎo)入粳稻品種，以及對(duì)基因進(jìn)行過表達(dá)操作，均能顯著促進(jìn)芽期生長(zhǎng)，充分證明這兩個(gè)基因在培育適合直播的水稻品種中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。

華南農(nóng)業(yè)大學(xué)和韶關(guān)學(xué)院聯(lián)培博士后黃成威、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院何永奇副教授為本論文的共同第一作者，王州飛教授為通訊作者。本研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、廣東省自然科學(xué)基金、博士后基金、廣東省未來作物精準(zhǔn)育種基礎(chǔ)研究卓越中心項(xiàng)目的資助。

相關(guān)論文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adw0421

文圖/農(nóng)學(xué)院