我院李自超教授团队发现旱稻抗旱新基因DROT1

7月23日，国际知名综合学术期刊《自然-通讯》（Nature Communications）在线发表了中国农业大学农学院李自超教授团队的研究论文“Natural variation of DROT1 confers drought adaptation in upland rice”。该研究利用稻种资源和水、旱稻遗传群体，通过GWAS和连锁分析等综合基因鉴定方法克隆了一个新的抗旱基因DROT1，阐明了其抗旱的分子机理和调控通路，鉴定出DROT1的抗旱优异基因型并揭示其起源与演化规律。

干旱是制约农业生产的主要不良因素之一，作为我国的主粮作物，水稻种植灌溉用水占农业总用水量的70%以上，极不利于我国农业的可持续发展。实际上，稻属作物在长期演化过程中，由于地理环境的差异和生产种植方式的多样化，形成了两种不同的生态类型：水稻（lowland rice）和旱稻（upland rice）。水稻种植的整个生长周期基本上需要淹水环境；而旱稻主要种植于干旱、半干旱的通透性土壤中，与水稻相比，整个生长周期可节约80%以上的灌溉用水。因此，发掘旱稻的优异抗旱基因，对于稻作抗旱分子育种具有重要意义。目前，对水、旱稻分化的遗传基础仍然缺乏深入理解，利用旱稻这一抗旱生态资源发掘的抗旱基因还很少，限制了稻作抗旱分子育种的进程。

本研究对271份水、旱稻种质资源进行大田干旱环境下的表型鉴定，并通过全基因组关联分析，定位到一系列抗旱遗传位点。进一步利用旱稻导入系群体和水、旱稻转录组数据对一个重要QTL-qDR10b进行候选基因分析，最终克隆了抗旱基因，命名为DROUGHT1 (DROT1)。通过转基因功能验证，明确了DROT1正向调控水稻抗旱性。通过细胞学和化学成分分析，明确了DROT1通过调控水稻维管组织细胞壁中纤维素的含量和晶体结构来增强抗旱性。分子生物学研究揭示了该基因受到两个转录因子ERF3和ERF71的直接调控，建立了抗旱与生长发育之间平衡的ERFs-DROT1调控机制。通过单倍型分析，鉴定到了DROT1的优异抗旱单倍型，该单倍型主要存在于旱稻中，启动子区域的关键SNP变异赋予DROT1更高表达量，进而增强抗旱性。该基因已获得国家发明专利，并被农业部认定为具有重大育种价值基因，通过第三方专业机构评估，其技术价值为108.01亿元。同时，该基因也已获得美国发明专利。

我校农学院李自超教授为通讯作者，博士后孙兴明、熊海燕为本论文第一作者。中国农业大学农学院朱万斌教授、植物保护学院彭友良教授、工学院韩鲁佳教授、杨增玲教授，中国科学院遗传与发育研究所周奕华研究员等对研究工作进行了指导和帮助。该研究得到了科技部重点研发项目（2021YFD1200502）、国家自然科学基金（31861143007，32001521,31601278）、中国博士后科学基金（2019M650902）、三亚研究院引导资金项目（崖州湾科技城项目SYND-2022016）和海南崖州湾种子实验室揭榜挂帅项目（B21HJ0508）的资助。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-31844-w