广东
近日，华中农业大学熊立仲教授团队在国际学术期刊《细胞》（Cell）在线发表题为“An Oryza orphan gene confers trans-species drought tolerance”的研究论文。该研究鉴定出一个名为“ROAD1”的稻属特异抗旱孤儿基因，并发现携带其功能等位基因ROAD1C的水稻在田间干旱条件下产量较对照显著提高；此外，ROAD1在拟南芥、油菜、玉米、小麦和杨树等多种受试植物中展现出跨物种抗旱应用潜力。
图1. ROAD1介导跨物种抗旱的作用模式
干旱是威胁全球作物生产和粮食安全的重要环境因素。植物体内拥有一套经典的抗旱信号系统（ABA信号通路），其核心组分在不同植物中高度保守，广泛参与植物的生长发育和环境响应等关键过程。然而，直接干预这些核心组分往往会引发植物生长抑制、产量下降等副作用。因此，如何在不影响植物正常生长的前提下精准提高其抗旱能力，成为亟待解决的重要科学问题。
图2. 水稻抗旱基因ROAD1的遗传鉴定、功能验证及进化分析
研究团队以240份水稻种质资源为材料，成功鉴定出一个稻属特有的“孤儿基因”——ROAD1。这类基因仅存在于特定物种中，缺乏可检测的远缘同源基因。研究发现，携带功能等位基因ROAD1C的水稻在干旱胁迫下叶片卷曲程度较轻，产量损失更小。进化分析表明，ROAD1可追溯至南方野生稻Oryza meridionalis中的祖先序列。在后续演化过程中，逐步形成功能等位基因ROAD1C。群体遗传分析进一步显示，ROAD1C在粳稻驯化过程中受到选择，并在来源于降水量相对较少地区的粳稻材料中呈现较高频率。
ROAD1是如何在不影响水稻正常生长的情况下发挥抗旱作用的呢？研究发现，在水稻的抗旱信号通路中，OsPP2C68蛋白扮演着“刹车”作用，当植物在水分供应充足条件下生长时，会抑制抗旱反应。而在干旱来临时，ROAD1蛋白会大量积累并与OsPP2C68结合，解除OsPP2C68的“刹车”作用，进而增强植物的抗旱响应。
图3. 功能等位基因ROAD1C提高水稻水分受限条件下的产量
巧妙的是，ROAD1蛋白如同一种“胁迫依赖型增强因子”，在水分充足时，其蛋白水平极低，不影响正常生长；只有在干旱胁迫下才会大量积累并发挥作用。这种“按需启动”的机制，完美兼顾了水稻的抗旱性与稳产性。
为验证ROAD1的实际应用价值，研究团队将功能等位基因ROAD1C导入优良水稻品种中进行田间测试。结果显示，在干旱条件下，携带ROAD1C的近等基因系的水稻产量较对照提高约21%至35%，而在正常供水条件下，未观察到明显的生长和产量不利变化。
更令人振奋的是，由于抗旱信号的核心模块在植物界高度保守，研究团队将ROAD1基因导入拟南芥、油菜、玉米、小麦和杨树中，均发现这些植物表现出更好的抗旱性。这意味着，这一源自水稻的基因有望成为多种农作物的“跨物种抗旱利器”。
图4. 异源表达ROAD1增强多种受试植物的抗旱性
论文链接：
https://www.cell.com/cell/abstract/S0092-8674(26)00803-2
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