水稻近等基因系在苗期耐淹与深根性状协同调控的生理机制及育种应用

编辑推荐：针对气候变化下水稻生产面临的淹涝与干旱交替胁迫问题，Kagoshima大学团队通过构建携带SUB1A和DRO1双基因的近等基因系NIL-SUB1DRO1，发现其能同时抑制淹水时茎叶伸长（维持Fv/Fm>0.76）、增强干旱期深层根系分布（B层根体积占比达38%），为雨养稻区抗逆育种提供新种质。

　　

气候变化正导致水稻主产区频繁出现极端天气事件，暴雨引发的田间淹涝与后续干旱常在同一个生长季交替发生。传统高产品种如IR64在淹水时因快速茎秆伸长（7天增长29.2%）耗尽碳水化合物，干旱期又因浅根系（B层根长仅占21%）难以获取深层水分，双重胁迫下减产可达50%以上。如何培育兼具耐淹与抗旱特性的"气候智能型"水稻，成为保障全球粮食安全的关键课题。

Kagoshima大学联合国际水稻研究所等机构的研究人员，利用分子标记辅助育种技术，将来自耐淹品种FR13A的SUB1A基因与深根品种Kinandang Patong的DRO1基因聚合到IR64背景中，创制出NIL-SUB1DRO1近等基因系。通过设计淹水（7-10天完全淹没）与干旱（18-29天土壤含水量降至0.069 m³/m³）胁迫实验，结合叶绿素荧光成像（AquaPen AP-P 100）、根系三维扫描（WinRHIZO）等技术，系统解析了双基因协同调控的生理机制。

淹水胁迫下的生长调控
在7天完全淹没实验中，NIL-SUB1DRO1表现出典型的"静止策略"：茎伸长量仅8.7%（IR64达29.2%），叶绿素荧光参数Fv/Fm维持在0.767（IR64降至0.711）。这种生长抑制源于SUB1A基因对乙烯信号通路的调控，减少碳水化合物消耗，使植株在退水后7天内SPAD值恢复至对照的90.2%。

干旱适应与根系重构
当土壤含水量下降53.5%时，NIL-SUB1DRO1通过DRO1基因诱导根系向40 cm深层土壤扩展，B层根体积占比达38%（IR64仅22%）。深层根系使叶片水势（Ψ）维持在-1.83 MPa（IR64为-2.34 MPa），保障了干旱18天后叶面积（112 cm²）显著大于IR64（68 cm²）。

双基因的协同效应
值得注意的是，双基因聚合未出现性状拮抗：SUB1A在淹水时抑制的GA合成途径，不影响DRO1介导的干旱期生长素极性运输。恢复实验表明，NIL-SUB1DRO1在胁迫解除10天后，根冠比恢复至对照的92%，显著优于单基因系。

该研究首次在苗期验证了SUB1A与DRO1的协同效应，为多逆境育种提供了理论依据。论文发表于《Euphytica》时，审稿人特别指出"这种‘节水耐涝’型设计对东南亚季风区有重要应用价值"。后续研究需在田间验证双基因对产量构成要素的影响，尤其是生殖生长期对间歇性胁迫的响应。随着CRISPR等基因编辑技术的应用，精准聚合多抗基因将成为水稻育种的新范式。