Plant Cell | 中国农科院作科所童红宁课题组发现同时提高水稻产量和抗性的新途径

高产稳产是作物育种的长久目标，但由于作物产量和抗性往往具有一定的补偿效应，如何在不利条件下保持高产是育种工作的重大挑战。细胞分裂素在植物生长发育过程中发挥着重要作用，并在体内存在复杂的转运系统，但在作物中对其功能了解甚少。

近日，中国农业科学院作物科学研究所童红宁课题组在The Plant Cell发表了题为ARGONAUTE2 Enhances Grain Length and Salt Tolerance by Activating BIG GRAIN3 to Modulate Cytokinin Distribution in Rice的研究论文，报道了同时促进水稻产量和抗性的新途径。该研究发现，植物激素细胞分裂素的分布模式在高盐胁迫处理下会迅速发生改变，从地上组织向地下根中积累，并发现过表达AGO2 (ARGONAUTE2) 基因可通过表观修饰激活细胞分裂素转运基因BG3 (BIG GRAIN3)，模拟盐胁迫状态下的细胞分裂素分布模式，从而同时提高水稻产量和抗盐性。

该研究首次发现，植物可通过调整细胞分裂素的空间分布对高盐胁迫做出响应，从而提高对胁迫的适应性。通过操纵参与此过程的关键组分，不仅可发挥细胞分裂素促进生长发育的功能，还可大幅增强植物的耐逆性。与整体操纵激素的含量不同，操纵激素转运体现了一种更经济弹性的原则，并有望克服高产高抗之间的矛盾，因此在分子设计育种上具有巨大潜力。奠定在这一新的理论基础上，研究人员发现，过表达AGO2或BG3均可通过改变细胞分裂素空间分布显著增加水稻粒长和耐盐性，从而例证了这一途径的可行性。因此，该研究发现了优化细胞分裂素空间分布可同时提高水稻产量和抗性，为解决高产和高抗负相关难题提供了新的思路。

童红宁课题组博士后殷文超博士为论文第一作者，童红宁研究员为通讯作者。遗传发育所储成才研究员，湖南农业大学肖云华博士，作科所刘春明研究员，华中农业大学王石平教授和黄仁燕博士，宁波大学孙宗涛研究员，百格基因编辑中心钱扬文博士，以及课题组其他成员参与了此工作。该研究得到了国家自然科学基金和中国农科院创新工程项目资助。

童红宁博士长期致力于植物激素功能的分子遗传机制解析及分子设计利用，围绕水稻株型和粒型等重要性状，先后克隆了DLT、GSK2、GL2、BG1、BG3等多个介导植物激素调控水稻重要农艺性状的组分，解析了油菜素甾醇、生长素、赤霉素及细胞分裂素在调控水稻株型、粒型和抗性中的作用机制(Plant Cell, 2012, 2014, 2016; Nat Plants, 2015; PNAS, 2015; Plant J, 2009, 2020; JIPB, 2019; Crop J, 2019)，并提出利用油菜素甾醇特异组分进行水稻分子设计改良可有效避免不同性状之间的负关联 (Trend Plant Sci, 2018)，这一最新研究成果为进一步解决高产高抗负相关问题提供了新的思路 (Plant Cell, 2020)。

论文链接：

https://doi.org/10.1105/tpc.19.00542