新評：種子的休眠“開關(guān)”找到了

很多谷物在田里還沒有收獲，穗上的種子就爬滿了一根根綠色的小細(xì)苗?！鞍l(fā)芽的種子品質(zhì)降低，嚴(yán)重影響糧食產(chǎn)量。一些發(fā)芽過度的籽粒甚至無法進(jìn)行飼料加工，讓農(nóng)民收入大打折扣?！敝袊茖W(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所（以下簡稱遺傳發(fā)育所）研究員儲成才說。

現(xiàn)在，儲成才團(tuán)隊(duì)與該所研究員高彩霞團(tuán)隊(duì)合作，找到了調(diào)控水稻、小麥穗發(fā)芽的一對“開關(guān)”，有望為因種子穗發(fā)芽導(dǎo)致的大規(guī)模農(nóng)業(yè)損失提供解決方法。該成果2022年12月5日在線發(fā)表于《自然-遺傳學(xué)》。

“油門”和“剎車”

穗發(fā)芽給全球帶來的經(jīng)濟(jì)損失難以估量。據(jù)統(tǒng)計，僅面包小麥每年損失就高達(dá)10億美元。國際上專門成立了谷物穗發(fā)芽委員會，每3年開一次國際大會討論解決方案。但穗發(fā)芽問題一直未從根本上得到遏制。

在中國南方水稻栽培區(qū)，受收獲季節(jié)梅雨影響，穗發(fā)芽會造成常規(guī)稻6%的栽培面積的損失，而雜交稻損失則高達(dá)栽培面積的20%。通過近10年的努力，儲成才團(tuán)隊(duì)終于在強(qiáng)休眠性的印度地方水稻品種“卡薩拉斯”中找到一個控制水稻種子休眠的關(guān)鍵基因，為調(diào)控谷物穗發(fā)芽提供了一個“利器”。

利用強(qiáng)休眠品種“卡薩拉斯”和弱休眠品種“日本晴”，儲成才團(tuán)隊(duì)中徐凡、唐九友、程曦等博士通過構(gòu)建染色體單片段代換系，成功從“卡薩拉斯”中克隆到一個控制水稻種子休眠的關(guān)鍵基因SD6，并證實(shí)了SD6負(fù)調(diào)控水稻種子休眠。通過篩選SD6互作蛋白，研究團(tuán)隊(duì)還“順藤摸瓜”找到了另一個水稻轉(zhuǎn)錄因子ICE2，ICE2正調(diào)控種子休眠。

通過篩選SD6互作蛋白，研究團(tuán)隊(duì)還“順藤摸瓜”找到了另一個水稻轉(zhuǎn)錄因子ICE2，ICE2正調(diào)控種子休眠。“簡單來說，它們就像兩個相互制衡的伙伴。SD6像‘油門’，能夠促進(jìn)種子萌發(fā)；而ICE2就像‘剎車’，可以促進(jìn)休眠。”

“太有用了”

不只水稻，高彩霞團(tuán)隊(duì)對小麥品種“科農(nóng)199”的TaSD6基因進(jìn)行改良后發(fā)現(xiàn)，小麥穗發(fā)芽抗性大幅提高。這表明SD6基因在水稻、小麥中控制種子休眠的功能是保守的，在其他谷物穗發(fā)芽抗性育種改良中具有潛在價值。

“這一研究從具有強(qiáng)休眠性的印度地方品種中挖掘出控制種子休眠數(shù)量性狀位點(diǎn)SD6，證明了不僅可以通過傳統(tǒng)育種對水稻穗發(fā)芽進(jìn)行改良，也可以利用基因編輯技術(shù)快速創(chuàng)制抗穗發(fā)芽的水稻和小麥種質(zhì)材料。”中國科院院士、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所所長錢前說，這是近年來國內(nèi)外科學(xué)家利用種質(zhì)資源挖掘有利基因并快速應(yīng)用到育種創(chuàng)新的一個“典范”。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41588-022-01240-7