崖州湾种子实验室成果速报: PBJ | 张红生教授团队克隆调控水稻种子活力新基因OsHIPL1

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近日，南京农业大学张红生教授团队克隆了一个调控水稻种子活力的新基因OsHIPL1，对其调控水稻种子活力的分子机制及在水稻直播种植生产中的潜在应用价值进行了深入研究。该成果为水稻种子活力性状的遗传改良，培育高活力水稻新品种提供了种质资源。相关研究成果在线发表在植物学知名期刊《Plant Biotechnology Journal》上。该成果得到了海南省崖州湾种子实验室揭榜挂帅项目的资助。

水稻是我国重要的粮食作物之一。高活力种子水稻品种田间播种后，萌发快、出苗率高、出苗整齐，秧苗健壮，有利于水稻高产、稳产。近年来，省工、省力、效益高的水稻人工直播或机直播轻简栽培模式，在我国不同稻区得到种植者的广泛欢迎，种植面积不断扩大。种子活力是多基因控制的复杂数量性状，开展水稻种子活力性状遗传机理研究，发掘水稻种子活力关键基因，对于阐明水稻种子高活力调控的分子机制和遗传网络，培育适合直播种植（耐直播）的高活力种子水稻新品种，促进我国水稻种业发展、保障国家粮食安全具有重要意义。

该团队利用一个染色片段置换系群体，在籼稻品种IR26中，鉴定到一个正调控水稻种子活力的主效QTL（Quantitative Trait Locus）qSV3。通过精细定位和图位克隆，并构建候选基因敲除突变体、回补和过表达等转基因材料，明确了qSV3位点候选基因编码一个刺猬互作蛋白类似蛋白OsHIPL1（hedgehog-interacting protein-like 1 protein）（图1）。在哺乳动物中，该蛋白作为信号转导靶点，作用于胚胎发育和肿瘤细胞代谢过程。在植物中未见该类基因的相关报道。

研究发现，与对照（粳稻中花11）材料相比，构建的候选基因突变体Oshipl1和近等基因系NIL-qsv3材料的种子，在萌发过程中的内源脱落酸（ABA）合成相关基因（OsZEP和OsNCED4）表达上调，分解相关基因（OsABA8ox3）表达下调，内源ABA的含量显著增加。这些结果与转录组与种子萌发过程外施ABA的结果一致，表明OsHIPL1可能通过抑制ABA代谢和信号通路促进水稻种子萌发。利用酵母双杂交、BiFC和LUC等试验，发现OsHIPL1蛋白能与水稻水孔蛋白OsPIP1;1互作；与野生型材料的种子相比，突变体Oshipl1种子萌发中的吸水速率显著下降，回补和过表达转基因材料种子吸水速率显著提高；同时，Oshipl1的OsPIP1;1基因在突变体中的表达显著下降，在回补转基因材料中显著上升（图2）。表明OsHIPL1不仅能够通过ABA代谢和信号途径调控水稻种子活力，还能够通过影响水孔蛋白OsPIP1;1调节种子萌发过程中的水分吸收，提高水稻种子活力（图3）。在温室试验和田间直播试验条件下，OsHIPL1可以显著提高水稻种子活力，利用已测序192份水稻种质资源，鉴定了OsHIPL1基因的优异单倍型Hap1，可以显著提高水稻种子活力。

南京农业大学博士研究生何影为该论文第一作者，张红生教授和程金平副教授为共同通讯作者，陈孙禄博士和研究生陈姗姗、刘可心、陈永吉等参与了此项研究。

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