JGG | 扬州大学刘巧泉/李钱峰团队揭示GW2–ERF115–SLRL2模块调控水稻穗发芽抗性的分子机制

穗发芽‌(pre-harvest sprouting, PHS) 是指作物种子在收获前因遭遇温暖高湿环境而在穗上提前萌发的现象，是农业生产中一类严重的逆境灾害。PHS不仅导致水稻大幅减产，还严重损害稻米的加工品质和营养品质，给全球粮食安全带来重大威胁。PHS的发生与种子休眠性强度密切相关。因此，挖掘调控种子休眠的关键基因，解析其分子机制，并培育抗PHS的水稻品种，对保障农业生产和粮食安全具有重要意义。

近日，Journal of Genetics and Genomics在线发表扬州大学刘巧泉/李钱峰团队题为“The GW2–ERF115–SLRL2 module regulates seed dormancy in rice”的研究论文。该研究解析了GW2–ERF115–SLRL2分子模块调控水稻种子休眠的分子机制，揭示该模块在调控水稻穗发芽抗性中的关键作用。

研究团队通过筛选水稻种子优势表达基因的CRISPR/Cas9突变体库，鉴定到一个PHS抗性增强的突变体erf115。与野生型植物相比，erf115突变体种子的休眠性增强，而ERF115过表达材料的休眠性则减弱。ERF115作为种子休眠的负调控因子，其蛋白稳定性受到严格调控。研究发现，E3泛素连接酶GW2与ERF115互作并使其泛素化，进而导致ERF115被蛋白酶体降解；gw2突变体中ERF115积累增多，PHS加重。此外，ERF115与转录因子SLRL2直接互作，抑制SLRL2的转录激活活性及下游休眠调控基因MFT2的表达。上述结果说明GW2–ERF115–SLRL2模块参与调控休眠。单倍型和染色体片段置换系分析显示，粳稻HapI单倍型对应的ERF115活性低于籼稻HapII单倍型，这解释了籼稻PHS总体更严重的自然差异，也为籼稻抗PHS育种提供重要靶标。

GW2–ERF115–SLRL2分子模块调控水稻PHS抗性的分子模型

综上所述，该研究鉴定到一个微调水稻种子休眠的GW2–ERF115–SLRL2分子模块，该模块整合了泛素调控和激素信号传导，为培育抗PHS水稻新品种及保障水稻稳产提供了重要基因资源和育种策略。

作者简介

扬州大学青年教师王劲东与博士研究生阚丽君为该论文共同第一作者，刘巧泉教授和李钱峰教授为共同通讯作者。相关工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目资助。