近日，农学院、广东省高等学校未来作物精准育种基础研究卓越中心王州飞教授团队在国际知名学术期刊Plant Physiology在线发表了题为“The OsDREB1C-OsNAC3-OsGH3.2 module regulates seed germination in rice”的研究论文，揭示了OsDREB1C-OsNAC3-OsGH3.2通过脱落酸（ABA）介导的生长素（IAA）途径调控水稻种子萌发的新通路，并明确了其在育种中的利用价值。
种子萌发是生长发育的关键起始环节，直接决定田间成苗，是保障作物高产稳产的核心基础之一。植物激素在种子萌发调控中发挥核心作用，其中ABA是抑制种子萌发的关键因子，而IAA则通过与ABA协同或拮抗作用参与种子萌发调控，但其分子调控网络尚不清楚。因此，揭示ABA介导的IAA途径调控种子萌发的分子机制，评估其育种利用潜力，将为作物轻简高效栽培、提升作物单产提供重要理论依据。
本研究鉴定了一个由OsDREB1C、OsNAC3和OsGH3.2组成的转录级联通路，通过ABA介导的IAA途径调控种子萌发（图1）。研究发现，与野生型相比，在ABA存在条件下，施加IAA可显著抑制Osnac3突变体种子萌发。分子机制研究表明，OsNAC3可直接结合IAA代谢基因OsGH3.2启动子，在萌发早期激活其表达，从而降低种子中IAA积累。同时，OsNAC3启动子序列的自然变异会影响转录因子OsDREB1C与其结合的亲和力，而OsDREB1C能同时激活OsNAC3和OsGH3.2表达。在遗传关系上，OsNAC3位于OsDREB1C下游发挥功能，同时OsNAC3作为上游调控因子作用于OsGH3.2，形成转录级联调控，通过ABA依赖的IAA途径调控种子萌发。
图1 OsDREB1C-OsNAC3-OsGH3.2转录模块的分子调控模式
在基因育种利用方面，本研究开展了OsDREB1C和OsGH3.2基因优异单倍型分析（图2）。结果显示，携带OsDREB1CHapB单倍型的种质发芽率显著高于OsDREB1CHapA型，而OsGH3.2的3种单倍型均与种子萌发无显著关联。结合前期鉴定的控制种子萌发的OsNAC3Hap2优异单倍型（Huang et al. 2024），进一步评估发现，聚合优异单倍型OsNAC3Hap2和OsDREB1CHapB能显著提高种子发芽率。OsNAC3Hap2和OsDREB1CHapB主要存在于籼稻中，在粳稻中几乎缺失。但是，在粳稻品种中过表达OsDREB1C或OsGH3.2，可以显著促进种子萌发。可见，OsDREB1C-OsNAC3-OsGH3.2模块是一个潜在的遗传改良靶点，可以通过分子标记辅助选择或基因过表达等策略，培育适宜直播轻简栽培的水稻新品种，并提高作物产量。
图2 优异单倍型鉴定与育种利用评价
该成果是团队近期继Science Advances上揭示OsDREB1A-OsNAC3-OsGA20ox1模块通过赤霉素途径调控芽期生长后，在种子活力调控机制研究中再次取得新进展。农学院博士后黄成威、新农创新班李文文、硕士研究生刘玲为本论文的共同第一作者，王州飞教授和何永奇副教授为论文通讯作者。本研究得到了国家自然科学基金、广东省自然科学基金、博士后基金、广东省未来作物精准育种基础研究卓越中心项目的资助。
相关论文链接：https://doi.org/10.1093/plphys/kiaf577
文图/农学院
