我国水稻耐盐功能基因研究取得重大进展

    我所植物分子遗传国家重点实验室林鸿宣研究员及其博士生任仲海、高继平等与美国加州大学伯克利分校栾升教授及其助手李乐攻博士进行合作，在水稻重要农艺性状功能基因研究上取得突破性进展，成功克隆了与水稻耐盐相关的数量性状基因SKC1，并阐明了该基因的生物学功能和作用机理。相关论文已在线发表于国际顶级遗传学杂志《自然-遗传学》(Nature Genetics)，并将刊登在10月份期的《自然-遗传学》上。
    随着人口增加、社会经济发展及自然气候条件变化，水资源短缺、土壤盐碱荒漠化的形势日益加剧，严重影响农业生产。为了解决这些难题，对作物抗逆性的研究在国际上备受重视，抗逆性已成为评价优良作物品种的重要指标之一。抗逆性、产量等是由多个数量性状基因控制的复杂性状，因此克隆这类基因对于阐明作物重要性状的遗传调控机理以及育种改良均具有重要意义。然而此类基因的遗传机制十分复杂，克隆难度很大，国外有多家实验室均在开展相关研究，但目前仅克隆了几个与作物产量、生育期等相关的数量性状基因，控制作物重要抗逆性状的数量性状基因的克隆还未见报道。
    林鸿宣研究员领导的研究组，多年来潜心于水稻耐盐数量性状基因的克隆研究，并取得了突破，成功克隆了盐胁迫下控制水稻地上部钾/钠离子含量的数量性状基因SKC1。该基因编码离子转运蛋白，耐盐品种与感盐品种之间存在四个氨基酸替换的自然变异，这是引起SKC1基因功能变化的分子基础。功能分析结果表明，该基因与离子长距离运输有关，控制盐胁迫下水稻地上部的钾/钠离子平衡，即维持高钾/低钠的离子平衡，从而增加水稻的耐盐性。为了更深入探明该基因的功能，林鸿宣研究员与栾升教授领导的两个研究组合作开展了SKC1的电生理功能分析研究，发现SKC1编码的蛋白是钠离子的特异性转运蛋白而不直接运输钾离子，钾离子含量的变化是由于钠离子竞争引起的；该蛋白定位于细胞膜上，在耐盐水稻品种中其功能活性明显强于感盐品种。
    综合上述研究结果，推测SKC1的作用机理是：当水稻受到盐胁迫时，稻株的地上部(叶、茎等)会积累大量的钠离子，而SKC1则能够把地上部过量的钠离子回流到根部，从而减轻钠离子毒害，增强水稻耐盐性。
    此项研究成果在作物抗逆性分子育种上将具有广泛的应用前景。《自然-遗传学》杂志审稿人评价该项研究说“该论文研究技术严密，研究结果不仅会引起植物生物学家和农学家的兴趣，而且也会引起生物学家对离子转运系统如何进化出来并且在复杂真核生物中发挥功能感兴趣”；“该论文提供了清晰的证据表明SKC1基因的位点变异是主要作物水稻耐盐的基础之一，而且证实了关键基因的位点变异可能会在盐胁迫环境下增加产量的稳定性”；“该水稻QTL(数量性状基因)的克隆，近等基因系的构建，离子转运基因在水稻中的表达分析组成了一份非常出色的研究工作”。 该研究得到国家科技部“十五”重大专项、国家自然科学基金委、上海市科学技术委员会和沪港安信分子生物科学研究基金等的资助。“水稻高产等重要农艺性状相关功能基因研究”重大专项主要负责人之一，中国科学院国家基因研究中心主任韩斌研究员指出“由于我国近几年来对水稻功能基因组研究的大力支持，以及科学家们的不懈努力，我国在该领域取得了世界瞩目的成果。林鸿宣研究员及其合作者对水稻耐盐相关数量性状基因的克隆和功能研究是我国水稻重要功能基因研究所取得的突出成果之一，具有重要的学术意义和广泛的应用前景”。(司胜利 供稿)