据央视新闻12月6日报道，中国科学院遗传与发育生物学研究所储成才团队和高彩霞团队近期发现了调控水稻和小麦穗发芽的两个“开关”，其中包括负调控的开关。种子休眠。关键基因SD6和正调控种子休眠的基因ICE2。研究人员认为，这两个基因是一把“双剑”，有望为种子穗发芽造成的大规模农业损失提供解决方案。该结果于12月6日在线发表在期刊《自然 — 遗传学》上。据中国科学院遗传与发育生物学研究所网站介绍，种子休眠是指种子在适合其生长的条件（温度、水分、氧气等）下不能发芽的现象。这是大多数高等植物共有的适应性特征。在作物驯化过程中，由于更多地考虑高产、优质、抗病虫害、抗逆等，在生产过程中保证种子发芽特性一致的同时，往往忽视了种子适度休眠的保留，导致许多农作物如水稻、小麦生产都曾大规模遭遇严重的穗发芽问题，即种子在潮湿天气成熟时，籽粒在收获前就在穗上发芽，造成几乎绝收的巨大经济损失在收获的最后一刻。因此，寻找控制水稻、小麦等作物种子休眠的关键基因，阐明种子休眠调控的分子生理机制，探索其优异的等位变异，对于解决水稻和小麦穗萌发灾害至关重要。其他农作物。
全国多个主产区水稻穗发芽现象频发|图片来自中国科学院遗传与发育生物学研究所网站，下同。然而，种子休眠是一种极其复杂的农艺性状，受到大量数量性状位点的影响。受多种环境因素的调节和显着影响。导致种子休眠的关键调控基因克隆难度较大，缺乏可用于生产的实用主基因资源。针对这一情况，中国科学院遗传与发育生物学研究所储成才团队通过构建可稳定检测的高密度染色体单片段置换系群体，从强休眠水稻品种Kasalath中成功克隆出一株品系。休眠控制位点区域。 SD6是控制水稻种子休眠的关键基因，并证实SD6对水稻种子休眠具有负调控作用。通过筛选SD6相互作用蛋白，研究小组发现另一种水稻转录因子ICE2可以积极调节水稻种子休眠。
研究团队通过分子生物学、遗传学和生物化学实验发现，SD6和ICE2都直接靶向脱落酸（ABA）8-羟化酶基因ABA8ox3的启动子，并分别识别启动子上的G。 -box基序或E-box基序来实现对同一靶基因的反向调控。另一方面，SD6和ICE2通过拮抗调节另一个转录因子OsbHLH048，间接调节关键的ABA合成调控基因9-顺式环氧类胡萝卜素双加氧酶基因NCED2。这些发现揭示了一种新的激素平衡调节范式，即拮抗性转录因子对可以直接调节ABA代谢并间接调节ABA合成，从而实现及时有效的调节ABA含量以实现种子休眠和萌发之间的切换。
种子休眠受遗传和种子暴露环境的调节。温度是影响种子休眠和发芽最重要的环境因素。温暖的环境通常会加速种子休眠的解除，促进种子发芽，而低温则使种子保持休眠状态。这种感知外部环境的能力使种子能够在不利的环境条件下生存，例如冬季的低温。褚成才研究团队发现SD6-ICE2分子模块具有感知周围环境温度来调节种子休眠的特性：常温条件下，SD6基因保持高水平表达并发挥功能，而ICE2基因的表达基因被显着抑制，从而促进种子休眠。发芽；低温条件下，SD6基因的表达受到显着抑制，ICE2基因的表达增加，从而维持种子处于休眠状态。这一结果表明，SD6-ICE2通过感知外部环境温度变化的涨落，动态控制种子中的ABA含量，从而调节种子休眠强度以适应自然气候变化。这也解释了种子休眠如何作为避免不利条件的适应性策略。
SD6/ICE2分子模块功能模型及应用实例。含有SD6强休眠等位基因的近等基因系在田间表现出优异的穗萌发抗性，表明该自然变异位点可用于常规调控优质主要水稻品种的休眠。育种改进。同时，利用基因编辑技术，对几个易发生穗萌发的主要水稻品种的SD6基因进行改良。研究团队证实，不同水稻品种背景下的改良材料在收获期遇到持续阴雨天气时，具有更好的穗萌发条件。巨大的进步。高彩霞团队对小麦品种科农199的TaSD6基因进行改良，也能显着提高小麦穗萌发抗性，表明SD6基因在水稻和小麦中控制种子休眠的功能是保守的，即SD6具有显着的抗性。在水稻和小麦穗发芽中的作用。在发芽抗性育种和改良中具有重要的应用价值。
