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穗发芽是禾谷类作物种子在收获期遭遇高温阴雨天气时于穗上萌发的灾害。穗发芽会造成作物减产，并影响作物制种质量。田间可见穗发芽会造成10%的减产，对粮食稳产构成了巨大挑战。随着全球气候变暖，极端天气频发，使得穗发芽灾害的发生频率显著增加。自2013年以来，我国黄淮冬小麦主产区几乎每隔一年就会爆发一次大面积穗发芽。长江流域水稻主产区每年也会遭受一定程度的穗发芽灾害，特别是在2016和2020年，受台风影响，整个长江流域的水稻爆发了大面的穗发芽，给水稻生产带来巨大的损失。因此亟需挖掘穗发芽调控关键基因，为穗发芽抗性育种提供有效的基因资源。
近日，西南大学联合华南农业大学在The Crop Journal在线发表了题为“ The fourth exon confers antagonistic activity of OsMFT1 and OsMFT2 in rice pre-harvest sprouting”的研究论文，作者通过嵌合基因过表达证实了OsMFT1和OsMFT2第四个外显子的多态性决定了其在调控水稻穗发芽中的拮抗作用。
作者通过大规模的田间水稻基因编辑突变体库筛选，克隆了调控水稻穗发芽的关键基因OsMFT2。通过比对发现水稻全基因组中共有两个MFT-Like基因，分别为OsMFT1和OsMFT2。遗传数据表明，OsMFT1和OsMFT2两个基因拮抗调控水稻穗发芽：OsMFT1促进水稻种子萌发，而OsMFT2则增强水稻种子休眠（图1）。而OsMFT1和OsMFT2两个基因的序列差异主要体现在第四个外显子，通过嵌合基因的过表达，研究者证实了这两个基因第四个外显子的差异是其功能差异的主要原因（图2）。进一步通过转录组分析，秉持求同存异的原则，共鉴定到37个在OsMFT1和OsMFT2突变体种子中具有相反表达趋势的共同差异基因，而且编辑其中3个最显著差异基因获得了与OsMFT1和OsMFT2突变体表型相一致的结果，表明这些共有的相反趋势的差异表达基因在穗发芽调控中位于OsMFT1和OsMFT2基因下游（图3）。此外在嵌合基因转基因材料中发现了两个嵌合基因具有增加水稻产量的潜力。这些研究为培育穗发芽抗性及高产水稻提供了新的思路。
图1 OsMFT1和OsMFT2拮抗调控水稻穗发芽
图2 第四个外显子的差异决定了OsMFT1和OsMFT2两个基因功能的差异
图3 3个相反表达趋势的共同差异基因在穗发芽调控中位于OsMFT1和OsMFT2下游
作者和基金项目
西南大学农学与生物科技学院博士后张佳玲和硕士研究生刘菲为该文共同第一作者，西南大学徐凡副研究员和华南农业大学储成才教授为共同通信作者。该研究得到国家自然科学基金项目（32172059）的资助。该团队一直致力于作物种子休眠与萌发的研究，克隆了多个穗发芽调控关键基因，为禾谷类作物穗发芽提供了解决方案。在Nature Genetics、The Plant Journal、The Crop Journal等期刊发表多篇高水平研究论文。
THE CROP JOURNAL
The Crop Journal英文宣传片，敬请收看！
The Crop Journal(《作物学报（英文版）》)是中国科协主管，中国作物学会、中国农业科学院作物科学研究所和中国科技出版传媒股份有限公司共同主办的学术期刊，创刊于2013年10月。办刊宗旨为刊载作物科学相关领域最新成果，开展国际学术交流，促进我国作物科学研究水平及国际影响力的提升。主要刊登农作物遗传育种、耕作栽培、生理生化、生态、种质资源以及与农作物有关的生物技术、生物数学等领域以第一手资料撰写的研究论文、研究简报以及专题综述等。2023年The Crop Journal的SCI影响因子为6.0，在JCR农学和植物学两个学科位于Q1区，并位列中科院分区农林类期刊一区。2019–2023年获中国科技期刊卓越行动计划重点项目资助，2024–2028年获中国科技期刊卓越行动计划二期梯队项目资助。
