本站消息 近日，植物學(xué)領(lǐng)域重要國際期刊Plant, Cell and Environment（IF =6.362）在線發(fā)表了云南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護學(xué)院杜云龍教授研究團隊題為“INDITTO2transposon conveys auxin-mediatedDRO1transcription for rice drought avoidance”的研究論文。在本研究中，首次發(fā)現(xiàn)插入月亮谷水稻DEEPER ROOTING 1（DRO1）基因啟動子中的INDITTO2轉(zhuǎn)座子可以傳遞生長素信號調(diào)節(jié)DRO1的轉(zhuǎn)錄從而增強水稻避旱性。
轉(zhuǎn)座子是重要的可移動DNA元件，廣泛存在于植物基因組中，在植物進化中發(fā)揮著重要作用。生長素是一種重要的調(diào)節(jié)因子，與根系發(fā)育和干旱脅迫適應(yīng)有關(guān)。DRO1基因是水稻避旱的關(guān)鍵基因。秈稻月亮谷（Acuce）是云南省元陽哈尼梯田中的主栽特色農(nóng)家稻，具有產(chǎn)量穩(wěn)定、抗病性好等優(yōu)良農(nóng)藝性狀，其種植地區(qū)海拔高達1600-2000米，已經(jīng)有100多年的種植歷史。開展月亮谷水稻優(yōu)良農(nóng)藝性狀的遺傳基礎(chǔ)研究，特別是干旱脅迫下轉(zhuǎn)座子與DRO1基因在月亮谷水稻發(fā)育中的作用，對于揭示水稻對非生物脅迫和生物脅迫的適應(yīng)性機制具有重要的應(yīng)用價值和理論意義。
圖1.大田種植的水稻根系構(gòu)型
對月亮谷、日本晴、日本晴/dro1-cc突變體分別在灌溉（A）和干旱（B）條件下生長3個月，觀察根系構(gòu)型（C-H）及測量根的生長角度（I）（Acuce: nwater=13, ndrought=11;NPB:nwater=9, ndrought=6; NPB/dro1-cc: nwater=9, ndrought=5）。數(shù)據(jù)為平均值± SD; *P< 0.05, **P< 0.01 （Student'st-test）。NPB =日本晴，NPB/dro1-cc =日本晴/dro1-cc突變體，ND =無差異，θ=根角度，標尺= 10 cm.
研究團隊結(jié)合基因編輯、生物信息學(xué)及分子生物學(xué)等技術(shù)手段，構(gòu)建了月亮谷水稻及日本晴水稻的DRO1基因敲除突變體，發(fā)現(xiàn)月亮谷水稻具有較強的避旱性（圖1），月亮谷水稻響應(yīng)干旱脅迫與DRO1基因的表達量上調(diào)有關(guān)，其根系發(fā)育表現(xiàn)明顯的避旱性特征并與DRO1調(diào)節(jié)生長素的運輸有關(guān)。為了探明DRO1基因影響水稻避旱性的差異與生長素的關(guān)系，對DRO1基因的啟動子進行分析。發(fā)現(xiàn)月亮谷水稻的DRO1基因啟動子比日本晴水稻多了266個核苷酸，進一步分析并確定其為轉(zhuǎn)座子，命名為INDITTO2，屬于微型反向重復(fù)轉(zhuǎn)座元件（MITE）家族的Tourist亞家族成員，是非自主型轉(zhuǎn)座子。INDITTO2轉(zhuǎn)座子含有生長素響應(yīng)元件（ARE），參與生長素介導(dǎo)的DRO1基因表達，具有啟動子活性，能夠?qū)⑸L素的轉(zhuǎn)錄調(diào)控傳遞到鄰近基因。通過轉(zhuǎn)基因的方法將INDITTO2轉(zhuǎn)座子插入到日本晴水稻的DRO1啟動子中，可以顯著促進水稻對干旱的適應(yīng)性。進一步的研究發(fā)現(xiàn)INDITTO2轉(zhuǎn)座子及其同源基因廣泛分布于水稻基因組中（圖2），并參與了對生長素的響應(yīng)及基因表達調(diào)節(jié)。該研究揭示INDITTO2轉(zhuǎn)座子在基因組中的廣泛分布增加了水稻的遺傳多樣性，并發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)座子在作為啟動子時，可響應(yīng)水稻內(nèi)部的激素信號而調(diào)節(jié)基因表達，從而增強水稻對不同非生物脅迫的適應(yīng)性。
圖2. PCR擴增不同水稻基因組中的INDITTO2轉(zhuǎn)座子及其同源基因
INDITTO2轉(zhuǎn)座子在月亮谷水稻DRO1基因啟動子中的示意圖（A）。凝膠電泳顯示45個水稻品種用基因特異引物PDI-FP和PDI-RP擴增INDITTO2轉(zhuǎn)座子的PCR產(chǎn)物（B）。
云南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護學(xué)院杜云龍課題組已畢業(yè)碩士研究生趙宜婷、武麗霞以及在讀碩士研究生傅琪景為該論文的共同第一作者，杜云龍教授為唯一通訊作者。奧地利科學(xué)技術(shù)研究所Ji?í Friml教授、西南林業(yè)大學(xué)何霞紅教授、云南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護學(xué)院李成云教授、黃惠川副教授、中國科學(xué)院西雙版納熱帶植物園劉長寧研究員、中國科學(xué)院昆明植物研究所王蕾副研究員、左之利研究員也參與了該工作。該研究獲得國家自然科學(xué)基金項目（Grant No. 31460453,31660501,31860064和31470382）、云南省教育廳科學(xué)研究基金重大專項（Grant No. ZD2015005）、教育部“留學(xué)回國人員科研啟動基金”（Grant No. [2013] 1792）；、云南省科技廳重大科技計劃（Grant No. 2016ZF001）、云南省科技廳重點項目（Grant No. 2017FA018）等項目資助。
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pce.14029
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