张光恒/钱前团队揭示水稻卷叶基因SRL10协同调控耐热性

来源：植物科学最前沿

近日，中国水稻研究所水稻生物学国家重点实验室张光恒研究员/钱前院士团队在Plant biotechnology journal上发表了题为SEMI-ROLLED LEAF 10 stabilizes catalase isozyme B to regulate leaf morphology and thermotolerance in rice (Oryza sativa L.)的研究论文。该研究克隆了同时调控水稻株叶形态建成与产量、耐热性的相关的双链RNA结合蛋白编码基因SRL10，并揭示其与过氧化氢酶CATB互作、协同调控水稻耐热性的分子机制，鉴定了SRL10在水稻中具优异耐热性的等位变异。

水稻株型与产量、抗逆性密切相关，水稻的两次“绿色革命”和超级稻育种都伴随着株型的不断改良和抗性的逐步提高。近年来，随着温室效应的加剧，极端气候事件的频发对全球粮食生产构成了严重威胁。开展水稻株叶形态建成及其产量、耐热性协同调控基因挖掘和机制解析，有利于进一步完善水稻株型与抗逆的协同调控遗传网络，并为水稻多性状协同改良和抗逆育种提供新的理论依据和基因资源。

图1. 突变体性状观察及图位克隆

该研究团队利用水稻叶片卷曲和热敏感突变体srl10、染色体片段置换系及自然种质遗传群体，通过正向遗传学方法完成株型发育与耐热协同调控相关的目的基因SRL10的图位克隆，该基因编码双链RNA结合蛋白（图1）。研究发现SRL10影响miRNA生物合成，正向调控近轴面泡状细胞发育影响株叶形态和产量，同时参与miRNA介导的耐热性调控进程。

图2. SRL10与CATB互作提高水稻耐热性

SRL10与过氧化氢酶同工酶B（CATB）互作，增加蛋白稳定性，过表达SRL10提高CATB介导的H2O2清除能力，增加耐热性。SRL10的单倍型和等位基因频率分布分析结果表明，粳稻（japonica rice）中大部分品种携带SRL10 Hap1等位变异，籼稻（indica rice）中同时存在SRL10 Hap2和SRL10 Hap3等位变异，而大多数aus稻品种携带SRL10 Hap3等位变异。携带SRL10 Hap3等位变异的自然品种在自然高温和人工控制的高温胁迫下结实率均显著高于携带SRL10 Hap1等位变异的品种（图2）。

图3. SRL10耐高温有利单倍型鉴定

携带SRL10 Hap3和SRL10 Hap1等位变异的近等基因系NIL-SRL10 Hap3的SRL10蛋白热稳定性高于和携带SRL10 Hap1等位变异的近等基因系NIL-SRL10 Hap1，且在人工控制的高温条件下NIL-SRL10 Hap3的结实率和产量均显著高于NIL-SRL10 Hap1。而且，具有SRL10 Hap3等位变异的品种，SRL10和CATB表达水平较高，蛋白稳定性强，使植株具有更强的耐热性。因此，高温胁迫下SRL10通过与CATB互作调控H2O2的积累，参与ROS代谢，减轻高温胁迫对植株的伤害，提高耐热性；携带SRL10 Hap3等位变异的基因型可能是能提高水稻耐热性的优良等位变异（图3）。
   中国水稻研究所博士研究生王佳佳和出站博士后、中国林科院亚林所徐静副研究员为该论文的共同第一作者，钱前院士和张光恒研究员为共同通讯作者。中国水稻研究所张健研究员和王以锋副研究员为本研究蛋白实验提供支持。该研究得到国家自然科学基金、中国农业科学院人才专项和三亚中国农业科学院国家南繁研究院重点项目等资助。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1111/pbi.13999