陕西
干旱影响自然界中物种的分布，同时影响植物的生长和发育，并且对农业生产造成重大威胁；全球气候变化、人口增长、极端天气频发和可用土地面积减少等因素加剧了干旱胁迫对作物生产和粮食安全的影响。而植物抗旱的同时通常伴随着生长抑制和产量下降 （trade-offs） ，因此调和干旱与生长/产量这一“矛盾”具有重要的理论意义和应用价值。然而如何实现协同改良及其背后的分子机制目前仍然不清楚。
近日，中国农业科学院油料作物研究所油料作物分子改良理论与技术创新团队在Plant Physiology杂志发表了题为“An intrinsically disordered region-containing protein mitigates the drought–growth trade-off to boost yields”的研究论文，揭示了油菜新基因SGI通过提高植物光合能力并维持活性氧 （ROS） 稳态从而协调干旱与生长平衡、增加温室和田间油菜产量的分子机制。
研究发现，SGI基因编码一个功能未知的天然无序蛋白，该蛋白定位于细胞核、细胞质、细胞膜和过氧化物酶体等多个亚细胞器，进化分析发现该蛋白为双子叶植物种特有。在油菜或拟南芥中过表达该基因可显著提高干旱条件下的光合效率、生物量、产量和含油量，且早花早熟，而基因编辑技术敲除株系则表现出完全相反的特征。不同发育时期、干旱处理不同天数的动态转录组学结合加权基因共表达网络分析（WGCNA）表明光合作用途径和胁迫响应途径在干旱及复水后均发生了显著变化。综合运用Y2H、BiFC、Pull down和LCI等技术发现具有多重功能的SGI蛋白与过氧化物酶同源异构体（CAT1、CAT2和 CAT3）、脱水素蛋白（LEA3和LEA4-5）、胁迫响应正调控因子（VOC, NCA1和 LSD1）以及自身均相互作用并可能形成复合物。这种多重互作增强了干旱条件下互作蛋白的稳定性并促进了细胞清除ROS的能力。综上，这些研究结果为协同改良植物干旱与生长权衡提供了新的见解、为选育高产稳产广适作物和农业可持发展提供了新的策略。
中国农业科学院油料作物研究所/农业农村部油料作物生物学与遗传育种重点实验室华玮研究员为本文通讯作者，刘军研究员和刘静研究员为本文共同第一作者，王汉中院士参与了指导工作。该项研究得到中国农业科学院科技创新工程重大科研任务、国家重点研发计划和武汉市科技重大项目—生物育种关键技术及新品种选育的资助。
论文链接:
https://doi.org/10.1093/plphys/kiad074
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