種子活力是一個(gè)重要的農(nóng)藝性狀，決定種子能否在田間發(fā)芽并順利成苗，對(duì)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、糧食安全和種質(zhì)資源長(zhǎng)期保存都具有重要的意義。但是，目前關(guān)于種子活力，尤其是作物種子活力的調(diào)控機(jī)制和分子網(wǎng)絡(luò)知之甚少。 中科院植物研究所王偉青副研究員 (第七批會(huì)員) 和宋獻(xiàn)軍研究員在水稻種子活力分子調(diào)控方面取得新進(jìn)展。宋獻(xiàn)軍課題組前期工作中，篩選到兩個(gè)種子活力差異巨大的水稻品種，低活力的‘吉粳88’和高活力的‘Kasalath’。以這兩個(gè)品種為材料，科研人員借助轉(zhuǎn)錄組學(xué)和代謝組學(xué)技術(shù)，分析比較種子老化過程中基因表達(dá)和代謝物累積，并通過構(gòu)建共表達(dá)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，篩選到包括 bZIP23 和 bZIP42 在內(nèi)的轉(zhuǎn)錄因子可能作為重要的基因表達(dá)調(diào)控節(jié)點(diǎn)。轉(zhuǎn)基因?qū)嶒?yàn)表明，bZIP23和 bZIP42 正向調(diào)控水稻種子活力。同時(shí)，研究還鑒定到一個(gè)編碼過氧化物酶的遺傳因子 PER1A，其編碼蛋白能夠通過清除種子內(nèi)的活性氧正向調(diào)控種子活力。研究發(fā)現(xiàn) bZIP23 和 bZIP42 能夠直接結(jié)合到 PER1A 的啟動(dòng)子區(qū)，激活其轉(zhuǎn)錄表達(dá)；遺傳學(xué)證據(jù)表明，PER1A 很可能位于 bZIP23 的下游，發(fā)揮調(diào)控種子活力的生物學(xué)功能。此外，生理學(xué)數(shù)據(jù)表明，bZIP23 和 PER1A 在清除體內(nèi)的活性氧過程中發(fā)揮重要的作用。該研究揭示了活性氧清除途徑改善水稻種子活力的新機(jī)制，為進(jìn)一步改良作物相關(guān)農(nóng)藝性狀提供有用的靶標(biāo)。 
圖1. 轉(zhuǎn)錄組和代謝組學(xué)比較分析活力差異水稻品種種子老化揭示bZIP23-PER1A分子途徑調(diào)控水稻種子活力。(A) ‘Kasalath’ 和 ‘吉粳88 (Jigeng88)’ 種子老化過程中活力變化；(B) 和(C), ‘Kasalath’ 和 ‘吉粳88’ 老化過程中差異基因和代謝物比較；(D) 轉(zhuǎn)錄因子和靶標(biāo)基因共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)；(E) bZIP23和PER1A 調(diào)控種子活力的遺傳分析。 以上成果已于近日發(fā)表于《美國科學(xué)院院報(bào)》(Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America) (Proc Natl Acad Sci, 2022,119 (9): e2026355119)。中科院植物研究所王偉青副研究員為該論文第一作者，宋獻(xiàn)軍研究員為通訊作者。該研究得到中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)A類科技專項(xiàng)、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金和中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)等項(xiàng)目資助。
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