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籼稻高温耐受性的分子机制被解析

已有 2239 次阅读 2020-10-28 18:16 |个人分类:个人随笔|系统分类:论文交流

        tRNA硫醇化(mcm5s2U34)是一非常重要的tRNA转录后修饰形式。已有研究表明,tRNA硫醇化对酵母、线虫人类命有机正常发育和代谢、环境胁迫尤其是热胁迫响应具有极其重要的影响。然而,有关tRNA硫醇化在植物中的功能及其与植物高温胁迫响应的关系尚未有报道。众所周知,环境温度是影响主要粮食作物水稻地理分布的一个重要因素。经过长期的自然选择和人工选择,亚洲栽培稻的两个亚种即籼稻和粳稻形成了各自的分布区域:粳稻主要分布于温带和寒带地区,而籼稻则在热带和亚热带地区广泛种植。然而,有关籼稻对高温地区适应性的遗传基础目前尚不清楚。由于全球气候变暖所造成的高温胁迫持续很大程度上影响水稻的产量和品质,解析籼稻高温适应性的分子机理,挖掘水稻耐高温优良等位变异,对于水稻耐高温品种的分子设计具有重要的理论和现实意义

        中国科学院遗传与发育生物学研究所植物基因组学国家重点实验室姚善国研究组与储成才研究组合作,发现了tRNA硫醇化途径关键基因SLG1在水稻高温胁迫中的重要功能。SLG1编码一个保守的细胞质tRNA化蛋白RCTU2功能缺陷型植株呈高温敏感表型,而过表达植株耐高温胁迫能力明显增强。遗传学及分子生物学实验发现,SLG1能够与tRNA化蛋白RCTU1形成复合体共同调控水稻体内tRNA硫醇化水平和高温胁迫响应且植株体内tRNA硫醇化水平与耐受高温胁迫能力正相关。通过对4219个栽培稻序列分析发现,SLG1呈现高度分化,其中96.1%的温带粳稻(SLG1Tej)属于第一种单倍型,而93.9%的籼稻(SLG1Ind)则属于第二种单倍型。核酸序列多态性分析表明,SLG1Ind等位基因受到了强烈的驯化选择,携带SLG1Ind等位基因植株比携带SLG1Tej等位基因植株无论是苗期还是孕穗期都具有更强的耐受高温胁迫能力,而籼稻亚种对高温地区的适应性由SLG1基因的启动子区和编码区的序列分化共同决定(图 1)。这项工作不仅证明了tRNA硫醇化修饰在籼稻亚种耐受高温胁迫中的重要功能,培育耐高温水稻品种提供了一个全新的分子改良策略

        该研究于20201028日在Nature Communications杂志上发表(DOI: 10.1038/s41467-020-19019-x)。该研究得到国家重点研发计划项目、中科院A类先导专项植物基因组学国家重点实验室的资助。

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 图 1:SLG1等位基因的驯化选择模式。


相关阅读:

1.  Xu Y#, Zhang L#, Ou S, Wang R, Wang Y, Chu C*, and Yao S* (2020) Natural variations of SLG1 confer high-temperature tolerance in indica rice. Nature Communications. 11: 5441.

2.  Liu C, Schlappi M, Mao B, Wang W, Wang A, and Chu C* (2019) The bZIP73 transcription factor controls rice cold tolerance at the reproductive stage. Plant Biotechnology Journal. 17: 1834-1849.

3.  杨淑华#,巩志忠#,郭岩#,龚继明#,郑绍建#,林荣呈#,杨洪全#,毛龙#,秦峰#,罗利军#,张天真#储成才#,赖锦盛#,晁代印,关雪莹,彭佳师,黄朝峰,蒋才富,王瑜,杨永青,施怡婷,丁杨林,马亮,种康 (2019) 中国植物应答环境变化研究的过去与未来. 中国科学 49(11): 1457-1478.

4.  Liu C#, Ou S#, Mao B, Tang J, Wang W, Wang H, Cao S, Schlappi M, Zhao B, Xiao G, Wang X*, and Chu C* (2018) Early selection of bZIP73 facilitated adaptation of japonica rice to cold climates. Nature Communications. 9(1): 3302.

5.  刘次桃,王威,毛毕刚,储成才 (2018) 水稻耐低温逆境研究:分子生理机制及育种展望遗传, 40(3): 171-185. 



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