研究揭示水稻理想株型基因IPA1高產抗病的分子機理

水稻株型是決定水稻產量的主要因素之一，塑造水稻理想株型是提高水稻產量的重要途徑。IPA1（Ideal Plant Architecture 1）是此前克隆的調控水稻理想株型形成的主效基因，編碼一個含有SBP-box結構域的轉錄因子，調控多個生長發育過程，其功能獲得性突變體具有無效分櫱少、莖稈粗壯抗倒伏、穗大粒多產量高等優異農藝性狀（Jiao et al., Nat Genet, 2010），該基因已應用於培育「嘉優中科」系列水稻新品種。

傳統觀點認為，植物抗病與產量之間存在此消彼長的關係，猶如魚與熊掌不可兼得。最近在理想株型水稻高產與抗病協同調控機制的研究中取得突破性進展，揭示IPA1既能提高水稻產量又能增強對稻瘟病抗性的調控新機制。研究發現IPA1的磷酸化修飾是平衡產量與抗性的關鍵調節樞紐。通常情況下，IPA1結合DEP1等穗發育相關基因的啟動子，促進其表達，調控水稻理想株型的建成與水稻產量；受稻瘟病菌誘導後，IPA1發生磷酸化修飾並改變其與DNA序列的結合特性，使得IPA1結合抗病相關基因WRKY45的啟動子，促進其表達，增強免疫反應，提高抗病性。這一機理使得在含有IPA1的功能獲得性基因型的水稻中，產量和稻瘟病抗性同時得到提高。該研究首次發現IPA1是同時增加作物產量並提高抗性的單個基因，打破了單個基因不可能同時實現增產和抗病的傳統觀點，為高產高抗育種提供了重要理論基礎和實際應用新途徑。

這一研究成果於9月7日在《科學》（Science）雜誌在線發表(DOI: 10.1126/science.aat7675)，研究論文題目為A single transcription factor promotes both yield and immunity in rice。四川農業大學副研究員王靜、碩士研究生周練、石輝、美國戴維斯分校博士Mawsheng Chern和中國科學院遺傳與發育生物學研究所副研究員余泓為該論文第一作者；四川農業大學研究員陳學偉、中科院遺傳發育所研究員李家洋和四川農業大學副研究員王靜為論文通訊作者。該項目受到國家自然科學基金委、教育部和科技部等的經費資助。

圖：水稻轉錄因子IPA1促進高產和提高抗病性的模式

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