研究揭示水稻理想株型基因IPA1高產(chǎn)抗病的分子機(jī)理

　　水稻株型是決定水稻產(chǎn)量的主要因素之一，塑造水稻理想株型是提高水稻產(chǎn)量的重要途徑。IPA1（Ideal Plant Architecture 1）是此前克隆的調(diào)控水稻理想株型形成的主效基因，編碼一個(gè)含有SBP-box結(jié)構(gòu)域的轉(zhuǎn)錄因子，調(diào)控多個(gè)生長發(fā)育過程，其功能獲得性突變體具有無效分蘗少、莖稈粗壯抗倒伏、穗大粒多產(chǎn)量高等優(yōu)異農(nóng)藝性狀（Jiao et al., Nat Genet, 2010），該基因已應(yīng)用于培育“嘉優(yōu)中科”系列水稻新品種。

 

　　傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，植物抗病與產(chǎn)量之間存在此消彼長的關(guān)系，猶如魚與熊掌不可兼得。最近在理想株型水稻高產(chǎn)與抗病協(xié)同調(diào)控機(jī)制的研究中取得突破性進(jìn)展，揭示IPA1既能提高水稻產(chǎn)量又能增強(qiáng)對稻瘟病抗性的調(diào)控新機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)IPA1的磷酸化修飾是平衡產(chǎn)量與抗性的關(guān)鍵調(diào)節(jié)樞紐。通常情況下，IPA1結(jié)合DEP1等穗發(fā)育相關(guān)基因的啟動(dòng)子，促進(jìn)其表達(dá)，調(diào)控水稻理想株型的建成與水稻產(chǎn)量；受稻瘟病菌誘導(dǎo)后，IPA1發(fā)生磷酸化修飾并改變其與DNA序列的結(jié)合特性，使得IPA1結(jié)合抗病相關(guān)基因WRKY45的啟動(dòng)子，促進(jìn)其表達(dá)，增強(qiáng)免疫反應(yīng)，提高抗病性。這一機(jī)理使得在含有IPA1的功能獲得性基因型的水稻中，產(chǎn)量和稻瘟病抗性同時(shí)得到提高。該研究首次發(fā)現(xiàn)IPA1是同時(shí)增加作物產(chǎn)量并提高抗性的單個(gè)基因，打破了單個(gè)基因不可能同時(shí)實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)和抗病的傳統(tǒng)觀點(diǎn)，為高產(chǎn)高抗育種提供了重要理論基礎(chǔ)和實(shí)際應(yīng)用新途徑。

 

　　這一研究成果于9月7日在《科學(xué)》（Science）雜志在線發(fā)表（DOI: 10.1126/science.aat7675），研究論文題目為A single transcription factor promotes both yield and immunity in rice。四川農(nóng)業(yè)大學(xué)副研究員王靜、碩士研究生周練、石輝、美國戴維斯分校博士Mawsheng Chern和中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所副研究員余泓為該論文第一作者；四川農(nóng)業(yè)大學(xué)研究員陳學(xué)偉、中科院遺傳發(fā)育所研究員李家洋和四川農(nóng)業(yè)大學(xué)副研究員王靜為論文通訊作者。該項(xiàng)目受到國家自然科學(xué)基金委、教育部和科技部等的經(jīng)費(fèi)資助。

　　圖：水稻轉(zhuǎn)錄因子IPA1促進(jìn)高產(chǎn)和提高抗病性的模式