陜西
干旱是影響全球農業生產和糧食安全的重要非生物脅迫。近年來，隨著全球氣候變化加劇，極端干旱事件頻繁發生，對水分敏感的作物影響尤為突出。水稻作為全球最重要的糧食作物之一，缺水常導致結實率和單株產量顯著下降。因此，解析水稻抗旱調控網絡，挖掘兼顧抗旱性與產量的關鍵基因資源，對于培育抗旱高產水稻新品種具有重要意義。
近日，浙江大學農業與生物技術學院現代種業研究所宋士勇課題組與合作單位在Advanced Science在線發表題為A conserved DT2-bZIP66-NF-YC4 regulatory module confers drought tolerance in rice and Arabidopsis的研究論文。該研究鑒定到一個正向調控水稻抗旱性的 CCCH 型鋅指蛋白 OsDT2，解析出一條在水稻和擬南芥中高度保守的 “OsDT2-OsbZIP66-OsNF-YC4” 三元調控通路，三者協同促進OsLEA 和 OsRab 等干旱響應基因表達，從而增強植物抗旱能力。
該研究首先通過對水稻突變庫篩選鑒定到一個 CCCH 鋅指蛋白 OsDT2，其功能缺失突變體表現出干旱敏感表型。進一步遺傳分析表明，遺傳互補可恢復其突變體干旱敏感的表型，而 OsDT2 過表達則顯著增強水稻抗旱能力。田間表型分析顯示，在正常灌溉條件下，OsDT2 突變體和過表達植株的產量與野生型無顯著差異；在干旱條件下，osdt2 突變體結實率和單株產量顯著下降，而 OsDT2 過表達植株則表現出更高的結實率和單株產量。上述結果表明，OsDT2不會“犧牲正常產量換抗性”，具有重要育種應用潛力。
為解析 OsDT2 調控抗旱性的分子機制，研究人員通過多種蛋白互作和遺傳實驗，證實 OsDT2 與 bZIP 轉錄因子 OsbZIP66 發生互作，并共同調控 OsLEA3 等一批干旱響應相關基因。OsDT2 和 OsbZIP66 能夠相互促進對方在 OsLEA3 啟動子區域的結合，協同促進 OsLEA3 轉錄激活，從而提高水稻抗旱性。進一步研究發現，NF-Y 家族成員 OsNF-YC4 是 OsDT2 和 OsbZIP66 的共同互作蛋白，OsNF-YC4 可促進 OsDT2 與 OsbZIP66 在 OsLEA3 啟動子區域的占據，由此揭示了一個由 OsDT2、OsbZIP66 和 OsNF-YC4 組成的三元轉錄調控模塊，協同激活 OsLEA3 等下游抗旱相關基因，正向調控水稻干旱耐受性。
最后，該研究還從跨物種角度驗證了這一模塊的保守性。發現擬南芥中的DT2、ABF3 和 NF-YC9 也能夠協同調控 AtLEA3 表達并參與抗旱響應；小麥和玉米的 DT2 同源基因也能在水稻 osdt2 突變體中恢復抗旱表型，并與 OsbZIP66 和 OsNF-YC4 存在互作關系。這些結果表明，DT2-bZIP66-NF-YC4 相關調控模塊在不同植物中具有一定保守性，也為其他作物抗逆育種改良提供潛在的分子靶標和理論依據。
圖1. DT2-bZIP66-NF-YC4 模塊增強植物抗旱性的工作模型
浙江大學宋士勇研究員為該論文的通訊作者，浙江大學已畢業博士研究生申俊（現為安徽農業大學博士后）、在讀博士研究生李昱辰，安徽農業大學張亮教授和上海市農業生物基因中心馬孝松副研究員為共同第一作者。本研究得到國家青年科學基金（青B）、生物育種青年專項和浙江省杰出青年基金（延續）等項目資助。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1002/advs.76034
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