水稻突变体Sambha Mahsuri背景下强秆基因SCM2/SCM3的等位基因挖掘及其在抗倒伏育种中的意义

本文通过等位基因挖掘技术解析了水稻强秆基因SCM2（1372 bp）和SCM3（1935 bp）在野生型BPT-5204与突变体TI-17/TI-26中的变异特征，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，为抗倒伏（lodging resistance）育种提供了分子靶点。研究结合弯曲力矩（M=SM×BS）和挠曲刚度（FR=YM×SMI）等力学模型，揭示了气候韧性水稻设计的新策略。

　　

Highlight

强秆性状是水稻抵御倒伏（lodging）并实现高产的关键。本研究通过对比野生型BPT-5204与突变体TI-17/TI-26的SCM2和SCM3基因，揭示了11个SNPs+2个Indels（SCM2）和29个SNPs+4个Indels（SCM3）的变异谱，其中BPT-5204的SCM2出现67个氨基酸替换，SCM3高达182个，导致关键功能域（如SCM2的T138D/R140A）异常。蛋白质结构分析显示α-螺旋和β-折叠数量变异，系统发育表明突变体等位基因与Habataki（SCM2）和Chugoku117（SCM3）高度同源。

Discussion

强秆基因通过调控茎秆直径（CD）和细胞壁成分（木质素/纤维素）提升抗倒伏性。研究提出弯曲力矩（M=SM×BS）和挠曲刚度（FR=YM×SMI）的力学模型，解释突变体TI-17/TI-26的高抗风能力——其截面模量（SM=(π/32)×(a₁³b₁?a₂³b₂/a₁)）和杨氏模量（YM）显著优于野生型。

Conclusion

本研究为标记辅助选择（MAS）抗倒伏品种提供了SCM2/SCM3的功能性等位基因标签，助力全球气候智慧型（climate-smart）水稻育种。