近期，中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng )新中心植物分子遺傳國家重點(diǎn)實(shí)驗室研究員朱新廣研究組在The Plant Journal上，發(fā)表題為Alterations in Stomatal Response to Fluctuating Light Increase Biomass and Yield of Rice under Drought conditions的研究論文，揭示水稻氣孔調控動(dòng)態(tài)新機制，并用于創(chuàng )制抗旱水稻品系，為培育抗旱作物提供新思路。

　　提高水分利用效率是水稻耐旱性育種的關(guān)鍵。目前，學(xué)界已闡明極度干旱條件下作物維持存活的調控機制，但是在實(shí)際生產(chǎn)的中等干旱條件下，如何保證糧食穩產(chǎn)甚至增產(chǎn)的分子靶標尚未見(jiàn)報道。該研究提供了提高作物在生理干旱下抗旱性的新途徑。

　　在田間條件下，作物長(cháng)期處于高低光動(dòng)態(tài)環(huán)境中。葉片氣孔是協(xié)調光合效率和水分利用效率的關(guān)鍵因子，葉片從高光轉換到低光動(dòng)態(tài)過(guò)程中，氣孔關(guān)閉緩慢導致水分喪失，進(jìn)而影響水分利用效率和耐旱性（Qu et al. 2016a；Qu et al. 2016b）。該研究以217份全球微核心種質(zhì)資源為材料，通過(guò)全基因組關(guān)聯(lián)分析，發(fā)現在波動(dòng)光狀態(tài)下調控氣孔關(guān)閉速度的基因NHX2。該基因屬于鈉離子與氫離子交換反向轉運蛋白，強烈受干旱脅迫誘導表達；可通過(guò)影響質(zhì)子跨膜電勢變化，調控保衛細胞膨壓，進(jìn)而影響氣孔開(kāi)關(guān)速度。干旱條件下，過(guò)量表達該基因可提高其氣孔反應速度，但是CRISPR敲除株系比對照的氣孔反應速度慢，導致較大控制水稻的水分利用效率。通過(guò)對該水稻群體基因序列變異分析，研究人員發(fā)現該基因（包含啟動(dòng)子和編碼區）共有3個(gè)單倍型，其中，具有單倍型III的水稻材料具有更快氣孔反應速度。為驗證單倍型I的生物學(xué)功能，研究人員構建以02428為供體（單倍型III）、明輝63為受體（單倍型II）的高代近等基因系；通過(guò)不同年限（2018年至2019年）和地點(diǎn)重復（上海、海南），證明在干旱條件下，與明輝63對照相比，該近等基因系具有至少高于10%的小區產(chǎn)量。研究人員分析該群體的氣候起源環(huán)境發(fā)現，大多含有單倍型III的水稻材料起源于干旱或半干旱地區，單倍型II的材料起源于熱帶濕潤氣候。兩種材料群體起源地區的年均降水量相差3倍，表明水分環(huán)境選擇壓力對氣孔反應速度的遺傳效應發(fā)揮重要作用。

　　該研究提供調控氣孔動(dòng)態(tài)的遺傳因子NHX2的優(yōu)良等位變異信息，為篩選水稻耐旱分子育種關(guān)鍵靶點(diǎn)、緩和我國糧食生產(chǎn)與淡水資源缺乏之間的矛盾、確保我國糧食安全、調整優(yōu)化農業(yè)結構、促進(jìn)節水農業(yè)持續發(fā)展提供新思路。利用NHX2的基因變異，有利于培育抗旱性水稻品系、維護全球糧食安全。朱新廣研究組的副研究員曲明南為論文第一作者，朱新廣、研究員儲成才和陳根云為論文的通訊作者。研究工作得到中科院、國家自然科學(xué)基金和上海市科委的資助。