近日，Plant Biotechnology Journal雜志在線(xiàn)發(fā)表了南京農(nóng)業(yè)大學(xué)萬(wàn)建民院士和江玲教授團(tuán)隊(duì)題為“Quiescin Sulfhydryl Oxidase-Like 1 Positively Regulates Seed Dormancy in Rice”的研究論文。該研究介紹了靜息巰基氧化酶QSOXL1的自然變異影響其酶活，最終導(dǎo)致了水稻種子休眠的差異，為水稻抗穗發(fā)芽育種提供了理論基礎(chǔ)和基因資源。

隨著全球變暖不斷加劇，極端天氣事件的發(fā)生頻率在不斷上升，給水稻生產(chǎn)和糧食安全帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。在收獲期，水稻種子易受高溫高濕的環(huán)境影響，發(fā)生穗發(fā)芽，造成產(chǎn)量和品質(zhì)的損失。提高種子休眠性是預(yù)防穗發(fā)芽最簡(jiǎn)便有效的途徑，因此，挖掘水稻種子休眠關(guān)鍵基因?qū)顾氚l(fā)芽育種具有重要意義。

野生稻通常具有極強(qiáng)的休眠性，然而歷經(jīng)長(zhǎng)期的馴化選擇，現(xiàn)代栽培水稻品種的休眠性較野生稻大幅下降。這意味著大量的優(yōu)異變異存在于自然群體中，但目前通過(guò)自然群體成功克隆的種子休眠基因卻屈指可數(shù)。該研究利用以強(qiáng)休眠品種aus稻N22為供體，弱休眠粳稻品種南粳35為受體構(gòu)建的高代回交群體，成功將調(diào)控種子休眠的主效QTL qSdn5定位于第5染色體約50kb的區(qū)間內(nèi)，并通過(guò)敲除、過(guò)表達(dá)和互補(bǔ)等轉(zhuǎn)基因材料，證明qSdn5的靶基因QSOXL1是一個(gè)休眠正調(diào)控因子。QSOXL1編碼一個(gè)靜息巰基氧化酶，可以將底物蛋白半胱氨酸殘基的巰基氧化形成二硫鍵。半胱氨酸側(cè)鏈氧化形成二硫鍵是蛋白質(zhì)折疊過(guò)程中的基本事件，二硫鍵可增強(qiáng)蛋白質(zhì)穩(wěn)定性并調(diào)節(jié)氧化還原依賴(lài)性功能。

圖1 QSOXL1促進(jìn)水稻種子休眠

發(fā)現(xiàn)N22與NJ35在QSOXL1蛋白序列中K353E的替換顯著改變了酶活，進(jìn)一步影響了細(xì)胞ROS水平，最終導(dǎo)致了種子休眠的差異。QSOXL1^N22具有更高的酶活，過(guò)表達(dá)QSOXL1^N22的轉(zhuǎn)基因家系表現(xiàn)出更強(qiáng)的休眠性。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)與QSOXL1直接互作的CSN5能夠通過(guò)促進(jìn)萌發(fā)抑制因子QSOXL1、ABI5和SLR1的降解，最終促進(jìn)萌發(fā)。核苷酸多樣性分析表明，QSOXL1位點(diǎn)在人工馴化和育種選擇的過(guò)程中經(jīng)歷了人工選擇。在多個(gè)粳稻栽培品種中過(guò)表達(dá)QSOXL1優(yōu)異單倍型Hap5顯著增強(qiáng)了種子休眠表型，表明來(lái)自aus亞群水稻的QSOXL1優(yōu)異單倍型Hap5能夠有效提高水稻種子的休眠性。

圖2模式圖

南京農(nóng)業(yè)大學(xué)博士研究生馬騰飛和校友王茜為論文的共同第一作者，萬(wàn)建民院士和江玲教授為共同通訊作者。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、江蘇省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃及生物育種鐘山實(shí)驗(yàn)室等項(xiàng)目的資助。

論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.70352