湖南杂交水稻研究中心高档优质稻育种团队克隆水稻种子耐贮性关键基因SS12 揭示籼稻比粳稻更耐储藏的分子机制
重大科研突破，揭示水稻耐贮性分子机制，对粮食安全有重要价值，信源权威，内容详实。
湖南杂交水稻研究中心(隶属湖南省农业科学院)高档优质稻育种团队刘烨副研究员与湖南农业大学贺记外副教授为共同通讯作者,在《The Crop Journal》发表论文,克隆水稻种子耐贮性关键基因SS12。研究发现SS12作为上游枢纽,通过重塑基因表达网络,协同维持细胞内的蛋白稳态和氧化还原平衡,从而增强种子耐贮性;同时通过强化抗氧化防御,激活苯丙烷代谢等途径,促进黄酮类等抗氧化物质的合成,清除过量活性氧(ROS)。追溯该基因驯化历史发现,野生稻中SS12区域具有较高的核苷酸多样性,栽培稻中多样性显著降低并呈现明显的选择性清除信号;耐贮性强的单倍型(Hap2)在籼稻(Indica)中分布频率较高,解释了籼稻通常比粳稻更耐储藏。该研究为培育'天生耐放'水稻新品种提供了重要的靶基因资源和分子育种方案。
种子是农业的“芯片”，也是种质资源保存的核心。对于水稻而言，种子在贮藏过程中的活力衰退（老化）一直是困扰全球粮食安全的重要问题。在全球气候变暖的大背景下，挖掘并利用耐贮基因培育耐贮水稻品种，是解决这一难题的重要途径。为实现水稻种子耐贮性的精准解析，研究团队成功锁定了候选基因LOC_Os12g06440，并将其命名为SS12。功能验证实验表明（图1），在正常条件下，SS12敲除突变体与野生型的发芽率无显著差异；但在人工加速老化处理后，突变体的发芽势、发芽指数均显著低于野生型，表明SS12的缺失导致水稻种子对老化胁迫高度敏感。亚细胞定位和转录激活实验进一步证实，SS12是一个定位于细胞核并具有转录激活活性的转录因子。为阐明SS12的分子调控机理，研究人员通过整合转录组（RNA-seq）和DNA亲和纯化测序（DAP-seq）分析，发现SS12直接调控58个下游靶基因。这些基因显著富集于两个关键通路：一是蛋白稳态维护，调控内质网蛋白加工、泛素介导的蛋白降解及自噬过程，及时清理因老化产生的错误折叠蛋白；二是抗氧化防御，激活苯丙烷代谢等途径，促进黄酮类等抗氧化物质的合成，清除过量的活性氧（ROS）（图2）。由此，研究提出了SS12调控种子耐贮性的工作模型：SS12作为上游枢纽，通过重塑基因表达网络，协同维持细胞内的蛋白稳态和氧化还原平衡，从而增强种子的耐贮性。