江西成功克隆出水稻“耐高温”基因技术 已达国际领先水平

5月5日,江西省农科院水稻国家工程研究中心(南昌)超级稻育种研究团队曹志斌副研究员以第一作者身份在国际植物学知名期刊《Plant Biotechnology Journal》(即时影响因子12.05,生物学一区TOP期刊),在线发表了题为“Natural variation of HTH5 from wild rice, Oryza rufipogon Griff., is involved in conferring high-temperature tolerance at the heading stage”的研究论文。该研究克隆了水稻重要功能基因HTH5,发现HTH5可正向调控水稻对高温的耐受性,并解析了其调控的分子机制。该成果为水稻耐高温育种的分子改良提供了基因储备和材料基础。

水稻虽然是一种能够适应高温的作物,但是过高的温度依然会影响水稻的产量,大家都知道,现在全球变暖导致的气温升高也已经成为制约水稻产量增加的主要非生物胁迫因素。因此,在稻属野生种资源中发掘水稻生殖发育时期耐高温基因资源对培育水稻耐热品种具有重要意义。

图:HTH5转基因材料提高水稻抽穗扬花期耐热性

该研究利用耐高温普通野生稻和热敏感籼稻及粳稻为亲本,通过多年杂交和回交构建了一系列生殖生长期耐高温近等基因系和定位群体,把其中第5号染色体上的耐高温QTL qHTH5精细定位在26.5 Kb区间内,结合核苷酸序列分析和表达分析确定HTH5为候选基因。该基因属于磷酸吡哆醛结合蛋白基因家族,编码一个磷酸吡哆醛稳态调节蛋白,并且定位在线粒体中。进一步通过互补测验转基因试验证明HTH5正向调控水稻抽穗扬花期耐热性。超量表达HTH5能够显著提高水稻扬花期高温胁迫下的结实率,抑制表达HTH5能够显著降低水稻扬花期高温胁迫下的结实率。

图:HTH5提高花粉中热诱导磷酸吡哆醛(PLP)含量及降低活性氧(H2O2和MDA)积累水平

生理实验分析表明HTH5通过提高热诱导的吡哆醛磷酸含量来减少高温下活性氧的积累,从而提高水稻花粉的耐热性,达到提高结实率(产量)的目的。启动子区域序列分析发现HTH5启动子上游2个单核苷酸变异影响了基因表达量,并且与水稻耐热性多样化相关。因此,HTH5基因的克隆为水稻耐高温理论研究积累了经验和数据,也为水稻耐高温育种提供了重要的基因资源。

该研究得到了国家自然科学基金、江西现代农业科研协同创新专项、江西省科技厅重大专项“揭榜挂帅”项目和江西省重点研发计划项目的支持。

【原标题】:江西农科院成功克隆出野生稻耐高温基因

【来源】:江西省农业科学院


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