隨著全球氣候變化，高溫脅迫對作物的產量和品質的負面影響受到關注。高溫造成作物幼苗死亡、結實率降低、產量減少，也會影響作物的品質。因此，挖掘水稻耐高溫基因，對于改良水稻品種耐熱性能以及未來作物的設計育種有重要意義。同時，溫度也是影響水稻地理分布的一個重要因素。傳統的秈粳稻由于起源地和種植范圍的差異，對于溫度的適應性有所差別，秈稻種植在溫度較高的地區，一般對高溫有更強的抵抗能力，但是其中的遺傳基礎尚不清楚。tRNA硫醇化（mcm5s2U34）是一種重要的tRNA轉錄后修飾形式，在酵母、線蟲、人類中的研究表明，tRNA硫醇化對于維持生物體正常發育和代謝、響應環境脅迫尤其是熱脅迫等方面發揮重要作用。然而，在植物中，tRNA硫醇化的功能以及它和高溫脅迫的關系仍需研究。
中國科學院遺傳與發育生物學研究所植物基因組學國家重點實驗室姚善國研究組與儲成才研究組合作，發現tRNA硫醇化途徑中的關鍵基因SLG1在水稻抵抗高溫脅迫中起重要作用。SLG1編碼一個保守的細胞質tRNA 2-硫化蛋白2（RCTU2），它的功能缺陷會導致水稻體內的tRNA硫醇化水平缺陷，并伴隨明顯的高溫敏感表型；而過表達SLG1則可顯著提高水稻對高溫耐受性。分子遺傳學研究發現，SLG1能夠與水稻中細胞質tRNA 2-硫化蛋白1（RCTU1）互作，RCTU1功能缺陷也導致水稻tRNA硫醇化水平降低和高溫敏感表型。實驗顯示，水稻的高溫耐受性和tRNA硫醇化水平呈正相關。通過對4219個栽培稻序列分析發現，SLG1在品種中存在單倍型分化，其中96.1%的溫帶粳稻屬于一種單倍型，而93.9%的秈稻屬于另一種單倍型，暗示SLG1可能是一秈粳稻分化基因，核酸序列多態性分析也表明SLG1是一個顯著的馴化選擇位點。通過對近等基因系及轉基因植株的高溫處理試驗表明，攜帶秈型SLG1的水稻植株比攜帶粳型SLG1水稻植株具有更強的高溫耐受能力，且與tRNA硫醇化水平呈正相關。通過啟動子和編碼區互換不同轉基因材料熱處理實驗顯示，SLG1啟動子區和編碼區的序列差異共同決定秈型和粳型SLG1耐熱性差異。同時，攜帶秈型SLG1的水稻植株對孕穗期高溫也有更強的抵抗能力。因此，該研究證明tRNA硫醇化修飾在水稻響應高溫脅迫中的重要功能，并為應對全球變暖、設計培育高溫脅迫耐受性水稻品種提供有效策略。
相關研究成果在線發表在Nature Communications（DOI: 10.1038/s41467-020-19320-9）上，姚善國研究組已畢業博士生徐玉芳和張麗為論文共同第一作者，美國愛荷華州立大學博士區樹俊參與研究工作，研究員姚善國和儲成才為論文共同通訊作者。研究工作得到中科院A類戰略性先導科技專項、國家重點研發計劃項目、植物基因組學國家重點實驗室支持項目的資助。
SLG1等位基因在水稻馴化中的選擇模式
日期：2020-10-30
中國科學院遺傳與發育生物學研究所植物基因組學國家重點實驗室姚善國研究組與儲成才研究組合作，發現tRNA硫醇化途徑中的關鍵基因SLG1在水稻抵抗高溫脅迫中起重要作用。SLG1編碼一個保守的細胞質tRNA 2-硫化蛋白2（RCTU2），它的功能缺陷會導致水稻體內的tRNA硫醇化水平缺陷，并伴隨明顯的高溫敏感表型；而過表達SLG1則可顯著提高水稻對高溫耐受性。分子遺傳學研究發現，SLG1能夠與水稻中細胞質tRNA 2-硫化蛋白1（RCTU1）互作，RCTU1功能缺陷也導致水稻tRNA硫醇化水平降低和高溫敏感表型。實驗顯示，水稻的高溫耐受性和tRNA硫醇化水平呈正相關。通過對4219個栽培稻序列分析發現，SLG1在品種中存在單倍型分化，其中96.1%的溫帶粳稻屬于一種單倍型，而93.9%的秈稻屬于另一種單倍型，暗示SLG1可能是一秈粳稻分化基因，核酸序列多態性分析也表明SLG1是一個顯著的馴化選擇位點。通過對近等基因系及轉基因植株的高溫處理試驗表明，攜帶秈型SLG1的水稻植株比攜帶粳型SLG1水稻植株具有更強的高溫耐受能力，且與tRNA硫醇化水平呈正相關。通過啟動子和編碼區互換不同轉基因材料熱處理實驗顯示，SLG1啟動子區和編碼區的序列差異共同決定秈型和粳型SLG1耐熱性差異。同時，攜帶秈型SLG1的水稻植株對孕穗期高溫也有更強的抵抗能力。因此，該研究證明tRNA硫醇化修飾在水稻響應高溫脅迫中的重要功能，并為應對全球變暖、設計培育高溫脅迫耐受性水稻品種提供有效策略。
相關研究成果在線發表在Nature Communications（DOI: 10.1038/s41467-020-19320-9）上，姚善國研究組已畢業博士生徐玉芳和張麗為論文共同第一作者，美國愛荷華州立大學博士區樹俊參與研究工作，研究員姚善國和儲成才為論文共同通訊作者。研究工作得到中科院A類戰略性先導科技專項、國家重點研發計劃項目、植物基因組學國家重點實驗室支持項目的資助。
SLG1等位基因在水稻馴化中的選擇模式
日期：2020-10-30
