中国农业大学农学院李自超教授团队克隆水稻根系发育基因提高水稻抗旱性
2023年3月2日，New Phytologist 在线发表了中国农业大学李自超团队题为 "RRS1 shapes robust root system to enhance drought resistance in rice" 的研究论文。本论文利用稻种资源通过正向遗传学方法，在自然群体中克隆到一个根系发育的负调控因子RRS1（图1）。通过多种生物遗传学方法证实，RRS1可直接与OsIAA3启动子上的AC-II基序相结合，通过直接激活OsIAA3的表达参与生长素信号通路调控水稻根系的发育；位于RRS1蛋白转录激活结构域的非同义 SNP 影响了RRS1的转录激活活性，包含 RRS1T (Hap5) 的种质材料具有较长根长，可能是RRS1减弱了对下游基因OsIAA3的转录激活作用（图2）。通过对苗期及田间全生育期进行抗旱鉴定，证实了敲除RRS1增强了水稻的抗旱性（图3）。
中国农业大学农学院/三亚中国农业大学研究院/海南省农业科学院三亚研究所李自超教授和中国农业大学农学院博士后孙兴明为论文的通讯作者。中国农业大学农学院博士生高捷和已毕业博士生赵勇为论文的第一作者。该研究得到了国家自然科学基金（31861143007）、三亚崖州湾科技城2020年研究计划（SYND-2022-16）和中国海南崖州湾种子实验室项目（B21HJ0508; B23YQ1517; B23CQ15HP）的资助。
图1 RRS1是水稻根系发育负调控因子
图 2 RRS1调控水稻根系发育、影响抗旱性的模式示意图
图3 敲除RRS1提高水稻抗旱性
植物根系在水分及养分吸收以及在土壤固定中发挥着重要的作用。随着全球气候变化和水资源短缺日益严重，发达的根系有利于植物从土壤中吸取更多的水分和养分，能够在相关土壤胁迫条件下促进植物良好生长，从而提高产量。因此，克隆与根系发育相关的基因，对于改善根系结构、促进农作物适应逆境、提高产量具有重要意义。截至目前，在水稻中，利用种质资源通过正向遗传学途径克隆的根系基因相对较少，根系发育分子机制和调控网络尚不完全清楚，更没有在水稻遗传改良中得以有效利用。本研究结果证实，RRS1敲除突变体不仅提高了水田条件下的单株产量，还大幅度提高了旱地条件下的单株产量，表现出巨大的育种利用价值。该基因的克隆，为改良根系结构，培育水稻抗旱新品种提供了新的基因资源。