PNAS：水稻根系结构调控新因子，或可用于水稻抗性改良学术资讯

来源：BioArt植物

作物根系结构（RSA, root system architecture）的改良对于非生物胁迫下的作物产量形成至关重要，例如深根可以提高植物的水分获取能力，而浅根则有利于植物在缺磷土壤中对磷的获取；此外，土壤表层根系（SOR, soil-surface roots）也可以通过获取氧气提高耐涝能力【1】。因此，对RSA控制因子的理解可以为全球气候变化下的作物育种至关重要。
迄今为止，已经在水稻中鉴定了许多与根系发育有关的基因，比如DOCS1（DEFECTIVE IN OUTER CELL LAYER SPECIFICATION 1）和RMD（Rice Morphology Determinant）可以通过控制根系的向地性影响根系生长角度，进而调控RSA【2】。DRO1（DEEPER ROOTING 1）作为影响RSA的QTL之一，也被证明与根系的垂直分布以及干旱适应性有关【3】，但是目前关于其他非生物胁迫条件下的RSA相关QTL及其功能尚不清楚。
先前的研究鉴定到一个与SOR表型相关的基因，SOR1（SOIL SURFACE ROOTING 1），该基因位于chr 7，编码一个E3泛素连接酶，通过控制生长素反应影响根系向地性。之后，日本NARO的研究人员研究利用SOR和非SOR表型水稻品种鉴定到一个SOR1的QTL—qSOR1。与SOR1不同，qSOR1位于chr 7并且qSOR1基因座的候选区域中未发现SOR1同源基因，这表明qSOR1可能具有与SOR1不同的功能【4】，但qSOR1的功能还不清楚。
近日，日本NARO（National Agriculture and Food Research Organization）的研究人员在PNAS上发表题为Root angle modifications by the DRO1 homolog improve rice yields in saline paddy fields研究论文。该研究揭示了qSOR1的功能及其调控水稻根系结构的机制。

该研究通过克隆和表征qSOR1，发现qSOR1主要在根系表达并且其介导的根系向地性受到生长素信号转导途径的直接负调控。该研究通过蛋白序列比对发现qSOR1是水稻DRO1的同源基因，但是DRO1在整个根系分生组织中表达而qSOR1则主要在根系小柱细胞中表达。尽管两个基因的空间表达模式不同，qSOR1与DRO1具有相似的根系生长角度的调控功能，并且其C末端的保守域对植物生长角度的调控至关重要。
此外，qSOR1和DRO1基因的功能获得（gain-of-function）和功能丧失（loss-of-function）不同组合可以表现出四种不同的根系结构（图1）。这表明这两个基因独立控制RSA，并且可以利用DRO1同源基因的天然等位基因控制水稻的RSA。该研究最后还发现，qSOR1 的功能丧失会导致SOR表型，从而提高盐田中水稻的产量。

图1. qSOR1和DRO1基因遗传互作对根系结构的影响

总之，该研究表明qSOR1是参与根系向地性调节的DRO1的同源基因，可以通过生长素信号的负调控作用参与根系生长角度的调节。另外，DRO1同源蛋白是RSA育种的重要目标，将来有可能用于在非生物胁迫环境中提高作物产量。
参考文献【1】Y. Mano, F. Omori, Breeding for flooding tolerant maize using “teosinte” as a germplasm resource. Plant Root 1, 1 7–21 (2007).【2】G. Huang et al., Rice actin binding protein RMD controls crown root angle in response to external phosphate. Nat. Commun. 9, 2346 (2018)【3】Y. Uga et al., Control of root system architecture by DEEPER ROOTING 1 increases rice yield under drought conditions. Nat. Genet. 45, 1097–1102 (2013).【4】Y. Uga et al., Identification of qSOR1, a major rice QTL involved in soil-surface rooting in paddy fields. Theor. Appl. Genet. 124, 7 5–86 (2012)
原文链接：https://www.pnas.org/content/early/2020/08/13/2005911117

来源：bioartplants BioArt植物

原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzU3ODY3MDM0NA==&mid=2247497660&idx=1&sn=764f2e5867896da2996fb5783fcdf400&chksm=fd736ddbca04e4cda645571c6f17f071701416b220b26c52b74ce3cd43ff7d5d82b6c51e5bfe#rd

电话：（010）86409582

邮箱：kejie@scimall.org.cn