JGG | 揚州大學劉巧泉/李錢峰團隊揭示GW2–ERF115–SLRL2模塊調控水稻穗發芽抗性的分子機制

穗發芽?(pre-harvest sprouting, PHS) 是指作物種子在收獲前因遭遇溫暖高濕環境而在穗上提前萌發的現象，是農業生產中一類嚴重的逆境災害。PHS不僅導致水稻大幅減產，還嚴重損害稻米的加工品質和營養品質，給全球糧食安全帶來重大威脅。PHS的發生與種子休眠性強度密切相關。因此，挖掘調控種子休眠的關鍵基因，解析其分子機制，并培育抗PHS的水稻品種，對保障農業生產和糧食安全具有重要意義。

近日，Journal of Genetics and Genomics在線發表揚州大學劉巧泉/李錢峰團隊題為“The GW2–ERF115–SLRL2 module regulates seed dormancy in rice”的研究論文。該研究解析了GW2–ERF115–SLRL2分子模塊調控水稻種子休眠的分子機制，揭示該模塊在調控水稻穗發芽抗性中的關鍵作用。

研究團隊通過篩選水稻種子優勢表達基因的CRISPR/Cas9突變體庫，鑒定到一個PHS抗性增強的突變體erf115。與野生型植物相比，erf115突變體種子的休眠性增強，而ERF115過表達材料的休眠性則減弱。ERF115作為種子休眠的負調控因子，其蛋白穩定性受到嚴格調控。研究發現，E3泛素連接酶GW2與ERF115互作并使其泛素化，進而導致ERF115被蛋白酶體降解；gw2突變體中ERF115積累增多，PHS加重。此外，ERF115與轉錄因子SLRL2直接互作，抑制SLRL2的轉錄激活活性及下游休眠調控基因MFT2的表達。上述結果說明GW2–ERF115–SLRL2模塊參與調控休眠。單倍型和染色體片段置換系分析顯示，粳稻HapI單倍型對應的ERF115活性低于秈稻HapII單倍型，這解釋了秈稻PHS總體更嚴重的自然差異，也為秈稻抗PHS育種提供重要靶標。

GW2–ERF115–SLRL2分子模塊調控水稻PHS抗性的分子模型

綜上所述，該研究鑒定到一個微調水稻種子休眠的GW2–ERF115–SLRL2分子模塊，該模塊整合了泛素調控和激素信號傳導，為培育抗PHS水稻新品種及保障水稻穩產提供了重要基因資源和育種策略。

作者簡介

揚州大學青年教師王勁東與博士研究生闞麗君為該論文共同第一作者，劉巧泉教授和李錢峰教授為共同通訊作者。相關工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金等項目資助。