Nature Commun | 华中农业大学熊立仲课题组发现一个新的抗旱基因DRG9

近日，华中农业大学作物遗传改良全国重点实验室、湖北省洪山实验室熊立仲课题组在Nature Communications上在线发表了题为A double-stranded RNA binding protein enhances drought resistance via protein phase separation in rice的研究论文，该研究通过关联分析在水稻中鉴定到了一个新的抗旱基因DRG9，并通过遗传学、细胞生物学、生物化学等方法，解析了DRG9参与调控水稻抗旱性的分子机制，为水稻抗旱性遗传改良提供了新的基因资源。

水稻是世界上一半以上人口的主食，但干旱严重限制了水稻的种植范围和产量。因此，提高水稻的耐旱性具有巨大需求。然而，耐旱性是一个复杂的性状，涉及各种生理和分子反应，并受到许多具有小效应的等位基因的影响。与其他性状如产量和抗病性相比，改善水稻的耐旱性进展较慢。

该研究通过关联分析，鉴定到一个抗旱新基因DRG9（DROUGHT RESISTANCE GENE 9）。敲除DRG9会降低水稻的抗旱性，而超量表达DRG9可显著增强抗旱性。DRG9编码一种双链RNA结合蛋白。在正常条件下，DRG9定位于胞质中，而在干旱胁迫下，DRG9可以通过液-液相分离聚集到应激颗粒中。DRG9蛋白N端固有无序区的一段α螺旋结构对其液-液相分离至关重要，且在DRG9的同源蛋白中高度保守。进一步研究发现，DRG9可以结合ABA生物合成基因OsNCED4 的mRNA，将其招募到应激颗粒中防止其降解，从而正调控水稻抗旱性。此外，相比于抗旱型DRG9（DRG9-DR），干旱敏感型DRG9（DRG9-DS）编码区氨基酸的自然变异会导致DRG9对OsNCED4 mRNA的结合活性降低，导致干旱条件下OsNCED4 mRNA的稳定性降低，ABA含量下降，最终导致水稻抗旱性的减弱。单倍型以及地理分布分析显示，DRG9-DR等位基因在旱稻生态型中富集，且DRG9-DR等位基因出现的频率与平均年降水量呈现负相关。最终，将DRG9-DR等位基因导入栽培品种黄华占中可以显著提高其在田间的抗旱性，这表明DRG9-DR优异等位基因在水稻抗旱性育种中具有重要应用价值。

华中农业大学作物遗传改良全国重点实验室、湖北洪山实验室熊立仲教授和赖雪雷教授为该论文通讯作者，生命科学技术学院博士生王怀军和博士生叶田田为论文共同第一作者。本研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金和湖北洪山实验室等项目的资助。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-024-46754-2