中国农业大学植保学院彭友良、赵文生团队揭示水稻高产抗病的新机制

　　中国农大新闻网讯 近日，植物保护学院彭友良、赵文生团队在《科学进展》（Science Advances）杂志上在线发表了题为“The atypical Dof transcriptional factor OsDes1 contributes to stay-green, grain yield, and disease resistance in rice”的研究论文，该研究鉴定了一个非典型的Dof转录因子OsDes1，并揭示了其正向调控水稻持绿、产量和抗病性的分子机制。

 

　　叶片持绿（stay-green）是作物高产优质的重要生理基础之一。研究表明，叶片持绿性与作物产量之间存在显著的正相关关系。持绿性好的作物品种，在生长后期仍能保持较高的叶绿素含量和光合作用效率，从而延长光合作用时间，增加光合产物的积累。在水稻等禾本科作物中，叶片持绿性好的品种通常具有更高的产量潜力。一般认为，产量与抗病性之间存在某种程度的拮抗关系。当植物受到病原菌侵害时，会消耗大量的营养资源来抵御病害，导致生长发育缺陷，并最终致使产量下降。如何在不牺牲产量的同时增强植物的抗病性，一直是植物病理学和育种学界致力解决的关键问题。

 

　　该研究通过筛选T-DNA插入水稻突变体库获得了一个延缓衰老的激活突变体des1-D（delayedsenescence 1-Dominant），其在籽粒成熟后期其叶片明显持绿，单株产量增加，并且对稻瘟病和白叶枯病的抗性明显增强。分析发现T-DNA插入导致OsDes1基因表达量上调。OsDes1的过表达株系表现出与des1-D相似的叶片持绿、抗病性增强和产量增加，而敲除株系则与野生型没有明显差异。进一步分析发现，在粳稻的自然变异中，OsDes1的表达水平与叶片持绿性呈正相关，并在其基因启动子区域鉴定到与表达水平相关的Haplotype。这些结果为OsDes1在育种中的利用提供了基础。

 

　　已有研究表明细胞色素b6f复合体（Cytb6f）的核心组分Rieske FeS蛋白OsPetC在增强光合作用效率、维持叶绿素水平和增加生物学产量等方面发挥重要作用。该研究发现OsDes1编码一个不含锌指结构的非典型Dof蛋白，但具有转录激活活性。该研究揭示OsDes1通过两种机制促进叶片持绿和提高产量。一方面，OsDes1与OsPetC直接互作以抑制其泛素化及被26S蛋白酶体降解，从而维持其蛋白水平；另一方面，作为转录激活因子，OsDes1靶向OsPetC的启动子以激活其表达。同时，OsDes1通过与防御相关基因（如OsPR1b）的启动子区域结合并激活其表达，增强水稻的抗病性。此外，OsDes1通过一种依赖于ABA和JA的机制介导了延迟衰老和抗病性。综上所述，该研究结果证明OsDes1是一个正向调控水稻产量和抗病性的关键因子，为培育“既增产、又抗病”的水稻品种提供有用的基因资源。

 

　　中国农业大学植物保护学院博士后邱天成为该论文的第一作者，赵文生教授为该论文的通讯作者。中国农业大学植物保护学院已毕业硕士生魏爽、张曼、李奕昕、田嘉根、高爱爱，在读博士生方柯兴、冯亚艳、程亚普、杨清雅，硕士生张三伟、杨梦妮参与了该研究工作。中国农业大学植物保护学院的彭友良教授、VijaiBhadauria教授，中国农业大学农学院的李金杰教授为该研究做出了重要贡献。该研究得到了国家自然科学基金（U22A20463和31872926）、中国农业大学三亚研究院项目基金（SYND-2022-31）、拼多多-中国农业大学研究基金（No. PC2023A01005）和中国农业大学2115人才培育发展支持计划的资助。

 

　　原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adp0345