东北地理所在水稻抗逆分子机制研究上取得重要进展

黑龙江省是我国水稻种植面积最大、产量最多的省份，也是重要的优质稻米生产基地。在研究所整体规划下，水稻分子育种学科组于2014年成立，主要针对黑龙江省水稻生产中的日照长、积温低等生产问题，以黑龙江水稻为材料，发掘和利用对寒地水稻主要农艺性状具有重要价值的关键基因和主要调控位点，展开功能基因研究，并利用分子育种策略，培育水稻新种质和新品种。经过几年的潜心研究，卜庆云研究团队于2017年取得系列重要进展，相继在Plant Cell（IF:8.726）， Plant Physiology（IF:6.456）等植物学领域顶级国际期刊发表。研究进展如下：

1.水稻表皮蜡质合成和干旱反应的分子机制

表皮蜡质是植物最外面的疏水层，对于植物防御环境胁迫有重要保护作用，尤其在干旱胁迫条件下减少植物非气孔途径的水分流失。我们研究发现水稻DROUGHT HYPERSENSITIVE (DHS) 编码的蛋白，是水稻蜡质合成的重要调控因子。DHS过量表达植株表皮蜡质结构严重破坏，蜡质组分含量与野生型相比显著降低，对干旱极为敏感；反之，dhs 突变体与野生型相比，蜡质组分含量显著增加，抗旱能力增强。进一步研究发现，DHS具有E3泛素连接酶活性，能够与HD-ZIP Ⅳ家族转录因子ROC4相互作用，DHS促进ROC4降解，而dhs突变减缓ROC4降解；遗传学分析表明，ROC4作用于DHS下游；DHS-ROC4直接调控下游靶基因Os-BDG的表达。综上所述，DHS通过泛素化降解ROC4，从而负调控表皮蜡质合成，进而影响水稻抗旱能力，该作用机制的揭示对水稻抗旱育种具有重要的应用价值。

2.水稻BR信号和株型调控的分子机制

水稻株型与产量和抗性密切相关，油菜素内酯(Brassinosteroid)是调控水稻主要的植物激素。我们发现水稻转录因子OsWRKY53能够参与调控BR信号， OsWRKY53基因过表达转基因水稻（OsWRKY53-OE）呈现出叶倾角增大、种子增大、其叶角对外源的BR处理超敏感等一系列BR信号增强的表型；和敲除突变体oswrky53则表现为与OsWRKY53-OE相反的表型。OsWRKY53-OE d61-2双突变体分析表明，OsWRKY53能够部分恢复由于BRI1的BR信号缺陷的表型，在遗传学上OsWRKY53位于BRI1的下游。进一步研究分析发现，OsWRKY53与OsMAPK6之间存在互作关系，并且OsMAPK6能够磷酸化OsWRKY53。证明OsWRKY53被OsMAPK6磷酸化是其发挥BR信号正调控因子功能的关键。这一发现不仅丰富了BR信号转导通路，而且挖掘了OsWRKY53未被报道的生物功能，对不同激素之间转导提供新的研究思路和研究视角，具有重要的理论和应用价值。

论文信息：

Zhenyu Wang(王臻昱), Xiaojie Tian, Qingzhen Zhao, Zhiqi Liu, Xiufeng Li, Yuekun Ren, Jiaqi Tang, Jun Fang, Qijiang Xu, Qingyun Bu (2017). The E3 Ligase DROUGHT HYPERSENSITIVE Negatively Regulates Cuticular Wax Biosynthesis by Promoting the Degradation of Transcription Factor ROC4 in Rice, The Plant Cell, DOI: https://doi.org/10.1105/tpc.17.00823

Tian X（田晓杰）, Li X, Zhou W, Ren Y, Wang Z, Liu Z, Tang J, Tong H, Fang J, Bu Q (2017) Transcription factor OsWRKY53 positively regulates brassinosteroid signaling and plant architecture. Plant Physiol，175(3)：1337-1349，DOI: https://doi.org/10.1104/pp.17.00946

论文链接：

http://www.plantcell.org/content/early/2017/12/13/tpc.17.00823/tab-article-info

http://www.plantphysiol.org/content/early/2017/09/11/pp.17.00946