研究發現雜草稻抗旱基因

近日，中國農業科學院作物科學研究所水稻優異種質資源發掘與創新利用創新團隊研究發現，雜草稻與栽培稻之間存在基因滲入，支持了雜草稻起源于栽培稻的去馴化觀點，發掘了雜草稻中的抗旱相關基因PAPH1，并驗證了其功能，為抗旱基因功能的深入研究與雜草稻的有效利用提供了理論支撐。相關研究成果在線發表于《實驗植物學雜志》（The Journal of Experimental Botany）。

據作科所研究員韓龍植介紹，雜草稻是稻田里不種自生、伴隨栽培稻生長的一種“雜草型稻”，一般表現為落粒、種皮紅色、穎殼褐色等特點。同時，雜草稻具有早期生長旺盛、抗病蟲、抗逆等優異特性，在新基因發掘和育種研究中具有重要利用價值。

該研究表明，雜草稻與水稻地方品種或選育品種存在基因交流，雜草稻的演化與地方品種和選育品種密切相關。生物信息學分析發現，在雜草稻基因組中有158個基因組區段受到了選擇，包含37個已注釋的抗逆相關基因。

基于全基因組關聯分析，該團隊挖掘出與干旱脅迫下葉片干枯程度顯著相關的抗旱基因PAPH1。對攜帶PAPH1基因不同單倍型的水稻自然群體進行抗旱性鑒定表明，擁有單倍型Hap1 和Hap2的種質中，抗旱種質分別占85.45%和77.16% 。

進一步研究表明，PAPH1基因敲除突變體的抗旱性明顯弱于野生型，而PAPH1基因過表達株系的抗旱性明顯強于野生型。與野生型相比，基因敲除突變體葉肉細胞膜內外鈣離子和鉀離子流速降低，而基因過表達株系葉肉細胞膜內外鈣離子和鉀離子流速增加，說明PAPH1基因在雜草稻應對干旱脅迫過程中發揮著重要作用。該研究為抗旱基因功能的深入研究與雜草稻的有效利用提供了理論支撐。

該研究得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中國農科院科技創新工程等項目的資助。