我国科学家找到调控水稻小麦穗发芽的“开关”

据央视新闻报道，中国科学院遗传与发育生物学研究所的楚和发现了调控水稻和小麦发芽的两个开关，包括负调控种子休眠的关键基因SD6和正调控种子休眠的基因ICE2研究人员认为，这两种基因的结合有望为种子穗发芽造成的大规模农业损失提供解决方案该结果于12月6日在线发表在《自然—遗传学》杂志上

据中国科学院遗传与发育生物学研究所网站介绍，种子休眠是指种子在适合其生长的条件下不能萌发的现象，是大多数高等植物共有的适应性性状在作物驯化过程中，由于更多地考虑高产，优质，抗病虫害和抗逆，同时在生产中保证种子萌发特性的一致性，往往忽略了种子适度休眠的保留，导致水稻，小麦等许多作物生产中出现大面积严重的穗发芽现象，即在种子成熟期潮湿气候中，穗种子在收获前萌发，在收获的最后时刻造成巨大的经济损失因此，寻找控制水稻，小麦等种子休眠的关键基因，阐明种子休眠调控的分子生理机制，发掘其优良的等位变异，对于解决水稻等作物的穗发芽灾害具有十分重要的意义

图来自中国科学院遗传与发育生物学研究所网站，下同。

可是，种子休眠是一个极其复杂的农艺性状，受大量数量性状位点的调控，并受许多环境因素的显著影响种子休眠关键调控基因克隆困难，生产上缺乏实用的主基因资源针对这种情况，中国科学院遗传与发育生物学研究所楚团队通过构建能够稳定检测休眠控制位点的高密度染色体单片段代换系群体，从强休眠水稻品种Kasalath中成功克隆了控制水稻种子休眠的关键基因SD6，并证实SD6负调控水稻种子休眠通过筛选SD6相互作用蛋白，研究小组发现另一种水稻转录因子ICE2正在调节水稻种子的休眠

通过分子生物学，遗传学和生物化学实验，研究团队发现SD6和ICE2都直接靶向于ABA 8′—羟化酶基因ABA8ox3的启动子，它们分别识别启动子上的G—box基序或E—box基序，从而实现对同一靶基因的反向调控另一方面，SD6和ICE2通过拮抗另一个转录因子OsbHLH048，间接调控ABA的关键合成调控基因，即9—顺式—环氧类胡萝卜素双加氧酶基因NCED2这些发现揭示了激素平衡调控的新范式，即拮抗转录因子对可以直接调控ABA代谢，间接调控ABA合成，从而实现对ABA含量的及时高效调控，切换种子休眠和萌发

种子的休眠是由遗传调节的，也可以由种子的环境调节温度是影响种子休眠和萌发的最重要的环境因素温暖的环境通常能加速种子休眠的解除，促进种子萌发，而低温能使种子保持休眠状态通过这种感知外部环境的能力，种子可以在不利的环境条件下生存，例如冬天的低温楚研究团队发现，SD6—ICE2分子模块具有感知环境温度调节种子休眠的特性:在室温下，SD6基因保持高水平表达并发挥功能，而ICE2基因表达受到明显抑制，从而促进种子萌发，低温下，SD6基因的表达受到明显抑制，ICE2基因的表达上调，使种子处于休眠状态这表明SD6—ICE2可以通过感知外界环境温度的变化来动态控制种子中ABA的含量，从而调节种子的休眠强度以适应自然气候变化这也解释了种子休眠是如何作为一种适应性策略来避免不适当的条件

SD6/ICE2分子模块的作用模型及其应用实例

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