水稻强秆基因SCM2与SCM3等位变异挖掘及其对茎秆强度与产量的调控机制研究

（编辑推荐）本研究通过等位基因挖掘（allele mining）技术，首次在野生型BPT-5204及其突变体TI-17/TI-26中鉴定了强秆基因SCM2（1372 bp）和SCM3（1935 bp）的SNP/Indel变异，发现关键氨基酸替换（如SCM2的T138D/R140A和SCM3的L131R/D132R）及蛋白质结构差异，揭示了这些变异通过调控茎秆力学参数（如弯曲力矩M=SM×BS、挠曲刚度FR=YM×SMI）影响水稻抗倒伏性的分子机制，为气候智能型水稻育种提供了新靶点。

　　

亮点

强秆性状使水稻能抵御风暴并保持高产。自2010年以来，全球63%农业区因自然灾害严重受损（Hettiarachchi等，2018）。本研究首次揭示SCM2/SCM3等位变异如何通过调控茎秆细胞壁组分（木质素/纤维素）和力学参数（如弯曲应力BS、截面模量SM）协同提升抗倒伏性。

讨论

强秆基因SCM2（即APO1）和SCM3（即FC1）分别编码F-box蛋白和含TCP结构域的转录因子，通过调控分蘖数（teosinte branched 1, TB1通路）和茎秆直径（xyloglucan transferase, XTR活性）增强机械强度。突变体TI-17/TI-26中发现的29个SNP和4个Indel导致182个氨基酸替换，显著改变α-螺旋/β-折叠数量，这可能通过影响细胞壁多糖沉积（如纤维素微纤维排列）提升Young's模量(YM)。

结论

本研究为设计SCM2/SCM3功能标记提供了分子基础，其关键变异位点（如SCM3的D132R）可作为育种标记，用于开发兼具高产量（grain number 1a, Gn1a效应）和风暴抗性的"气候韧性水稻"。

第二个结论

当前发现将指导全球水稻抗倒伏育种计划，特别是在台风频发地区，通过整合SCM2/SC3等位变异与半矮秆基因sd1，实现"强秆-矮秆"理想株型配置。