近日，中國科學院合肥物質(zhì)科學研究院智能機械研究所離子束生物工程與綠色農(nóng)業(yè)研究中心研究員吳躍進課題組在水稻顯性脆稈Sdbc1基因克隆和功能解析研究中獲進展。相關(guān)研究成果以A semi-dominant mutation in OsCESA9 improves biomass enzymatic digestibility and salt tolerance by relatively remodeling cell walls in rice為題，在線發(fā)表在Rice上，博士葉亞峰為論文第一作者，副研究員劉斌美為論文共同通訊作者。

水稻是重要的糧食作物，每年會產(chǎn)生較多秸稈，由于秸稈數(shù)量多、體積大，其難以在短時間內(nèi)及時處理，并影響后茬作物播種，成為生產(chǎn)中的棘手問題。水稻細胞壁組分變化常常會導(dǎo)致水稻莖稈抗折性能變化，脆稈突變體收獲時，秸稈更易粉碎；脆稈突變體纖維素含量降低，導(dǎo)致次生細胞壁組成的抗降解屏障能力降低，使秸稈更易被降解，有益于秸稈還田和作為動物飼料利用。

該課題組長期關(guān)注利用重離子誘變挖掘細胞壁組分突變基因的研究，并開展秸稈還田和離田利用活動。前期，研究人員利用圖位克隆技術(shù)，獲得了控制脆稈特性的基因CEF1，深入解析了其功能；進一步研究發(fā)現(xiàn)，OsSND2能夠調(diào)控多個與細胞壁合成有關(guān)的MYB轉(zhuǎn)錄因子，是此途徑控制纖維素合成的“總開關(guān)”，具有重要的應(yīng)用價值。

CEF1基因解決了常規(guī)稻秸稈還田難題，但對我國主推的雜交水稻來說，由于cef1的隱性遺傳特性，難以直接應(yīng)用。雜交稻生物量大、應(yīng)用面積廣，因此，產(chǎn)生的秸稈數(shù)量更多，如何處理也具有挑戰(zhàn)性。研究人員利用重離子誘變，獲得了一個半顯性脆稈突變體Sdbc1；通過圖位克隆，發(fā)現(xiàn)SDBC1基因編碼的是一個纖維素合成酶催化亞基OsCESA9，在第387位保守的天冬氨酸（D）位點突變成為天冬酰胺（N）。

進一步實驗表明，突變型的OsCESA9D387N蛋白能夠競爭野生型OsCESA9，與OsCESA4和OsCESA7互作，形成沒有功能或部分功能的纖維素合成酶復(fù)合體，從而影響纖維素正常合成。在sdbc1純合突變體中，由于只能形成沒有功能的纖維素合成酶復(fù)合體，因此，纖維素合成受到嚴重影響，其表型表現(xiàn)出莖稈和葉片都較脆。Sdbc1雜合突變體中，突變型OsCESA9D387N和野生型OsCESA9同時存在，且存在競爭關(guān)系，因此，只有一半的纖維素合成酶復(fù)合體能夠正常行使功能，導(dǎo)致纖維素含量略微降低，秸稈表現(xiàn)出微脆的表型，而葉片無任何影響。此外，該位點的顯性突變能夠通過降低活性氧（ROS）的水平和體內(nèi)的Na+含量，增加其耐鹽性。

該研究從分子水平揭示了半顯性脆稈形成機制；為分子設(shè)計培育新的脆稈雜交稻品種奠定了理論基礎(chǔ)。該基因應(yīng)用到雜交稻生產(chǎn)上，尤其是在鹽堿地上種植，具有應(yīng)用前景。研究工作得到國家自然科學基金青年項目、安徽省重大科技專項以及環(huán)境毒理與污染控制技術(shù)安徽省重點實驗室開放課題的支持。