水稻强秆基因SCM2与SCM3等位变异的功能解析及其抗倒伏育种应用

这篇研究通过等位基因挖掘(allele mining)技术，首次系统鉴定了水稻强秆性状关键基因SCM2(1372 bp)和SCM3(1935 bp)在野生型BPT-5204与突变体TI-17/TI-26中的功能变异。研究发现BPT-5204中SCM2存在11个SNPs和2个Indels，SCM3存在29个SNPs和4个Indels，关键氨基酸替换(T138D/R140A和L131R/D132R)导致α-螺旋/β-折叠结构改变，为抗倒伏(FR=YM×SMI)育种提供了分子标记开发依据。

　　

Highlight

强秆性状使水稻在风暴等极端天气下抗倒伏且保持高产。尽管全球63%农业区受灾严重，但携带功能型SCM2/SCM3等位基因的品种能通过增强茎秆机械强度（M=SM×BS）实现气候韧性生产。

Plant material and growth conditions

研究选用经EMS诱变获得的M₁₂代强秆突变体TI-17/TI-26及其野生型亲本BPT-5204，所有材料种植于印度水稻研究所标准试验田。

Evaluation of rice mutants and parent for strong culm

开花期测定显示：突变体TI-17/TI-26的茎秆抗推力、直径(CD)和单穗产量均显著高于BPT-5204。TI-17对纹枯病抗性最强，叶片无病斑，而野生型叶片病斑覆盖率高达35%。

Discussion

SCM2(APO1)和SCM3(FC1)的等位变异通过调控木质素/纤维素沉积影响茎秆截面模量(SM=(π/32)×(a₁³b₁?a₂³b₂/a₁))。突变体中发现的T138D等关键氨基酸替换可能增强TCP转录因子活性，这与Chugoku117品种的高产强秆特性演化机制一致。

Conclusion

本研究为分子标记辅助选择(MAS)提供了SCM2/SCM3功能等位基因的特异性SNP标签，这些标签可整合到全球水稻抗倒伏育种方案中，应对气候变化挑战。