近期，农学院王州飞教授团队在水稻种子活力研究方面取得新进展。在Journal of Integrative Plant Biology（中科院一区）发表了评述文章“Rice seed germination priming by salicylic acid and the emerging role of phytohormones in anaerobic germination”，在The Crop Journal（中科院一区）在线发表了研究论文“Genome-wide association study reveals that JASMONATE ZIM-DOMAIN 5 regulates seed germination in rice”。
直播稻栽培相较于传统的移栽技术，具有省时、省力、省工等显著优势，近年来在生产中得到了广泛的应用。直播稻栽培过程中，将种子播种到具有一定水淹深度的田间，有利于抑制杂草生长、减少病害虫，减少人工除草、降低除草剂等农药的使用。然而，长时间淹水会导致种子处于低氧状态，造成种子发芽和成苗困难。因此，深入解析水稻种子耐淹萌发分子调控机理，对今后培育适宜淹水直播的水稻品种具有重要意义。在JIPB发表的评述文章，总结了近年来植物激素信号交互作用调控水稻种子耐淹萌发的研究进展。探讨了脱落酸（ABA）、赤霉素（GA）、茉莉酸（JA）、水杨酸（SA）和生长素（IAA）等植物激素的生物合成、分解代谢和修饰，在淹水条件下调控水稻种子萌发和胚芽鞘伸长的作用机理（图1），并对今后研究领域进行了展望。这些研究结果为今后深入揭示水稻种子耐淹萌发分子机理提供了重要线索。
图1 植物激素调控水稻种子耐淹萌发作用机理
同时，直播稻栽培对种子萌发速度、幼苗整齐度以及田间生长状况提出了更高的要求。因此，挖掘控制水稻种子活力新基因，解析其调控机理，对今后培育适宜直播的水稻品种，促进直播稻生产具有重要意义。在The Crop Journal发表的论文，利用全基因组关联分析挖掘到一个正调控水稻种子萌发和成苗的新基因OsJAZ5。表型分析发现，与野生型相比，Osjaz5突变体种子活力指标，包括发芽率、发芽指数、根长和芽长显著降低。分子机理研究表明，在种子萌发过程中，OsJAZ5基因显著受诱导表达，且在胚芽和胚根中表达量较高；OsJAZ5蛋白能够与OsABI3/5互作并抑制其活性，通过OsABI3介导的ABA途径调控种子萌发。基因育种利用研究表明，来源于籼稻品种的优异单倍型能显著提高种子萌发，且过量表达OsJAZ5能显著提高种子发芽和田间成苗（图2）。以上结果初步揭示了OsJAZ5调控水稻种子萌发的作用功能，为今后通过分子育种培育适宜直播的水稻品种提供重要线索。
图2 OsJAZ5基因育种利用评价
农学院何永奇和赵佳副教授为JIPB论文第一作者，王州飞教授为通讯作者。农学院博士研究生孙珊、彭丽玲和已毕业硕士研究生黄倩倩为Crop Journal论文共同第一作者，王州飞教授和何永奇副教授为共同通讯作者。研究得到国家自然科学基金、广东省自然科学基金、海南省和广州市科技项目等资助。农学院种子科学与技术创新团队，主要围绕直播稻生产问题，开展种子活力研究。近3年，研究成果发表在Nature Communications、New Phytologist、Plant Biotechnology Journal、Journal of Integrative Plant Biology、The Plant Journal等期刊。
相关论文链接：https://doi.org/10.1111/jipb.13728
https://doi.org/10.1016/j.cj.2024.05.007
文图/农学院
