在全球气候变化加剧、干旱灾害频发的背景下,水稻作为主粮作物面临的生长胁迫日益严峻。
据统计,我国年均因干旱导致的粮食减产超过200万吨,其中水稻生产受水分短缺影响尤为突出。
传统育种技术虽已筛选出部分耐旱品种,但对多基因协同作用机制的认识不足,制约了抗旱育种的精准性和效率。
针对这一科学难题,中国农业科学院研究团队通过对408份水稻核心种质的全基因组关联分析,首次揭示了OsMYB2基因在干旱胁迫下的核心调控作用。
研究发现,该基因可激活OsGH18的表达,进而释放OsCAD3的催化活性,形成"基因串联反应链"。
这种协同机制能促进木质素在细胞壁中的定向沉积,使叶片厚度增加12%-15%,水分蒸发量降低20%以上。
从分子层面看,木质素作为植物细胞壁的重要组分,其含量提升不仅能增强机械支撑力,更可形成疏水屏障。
研究团队通过基因编辑技术验证,同时过表达这三个基因的水稻株系,在模拟干旱条件下产量较对照组高出17.3%,且不影响正常灌溉环境中的农艺性状。
这一发现突破了单基因改良易出现"此消彼长"效应的技术瓶颈。
该成果的应用价值已得到同行高度评价。
国际植物学家联合会理事约翰·史密斯指出,这种模块化基因组合为设计"气候智能型"作物提供了新范式。
目前我国正将相关发现纳入《十四五生物育种重大项目》,预计3-5年内可培育出适合黄淮海旱作区的新型节水稻种。
农业农村部科技发展中心负责人表示,此项研究从理论突破到田间应用的转化路径清晰,对保障"口粮绝对安全"战略具有现实意义。
面对水资源约束与气候风险叠加的长期趋势,保障水稻稳产不能仅依赖增加投入,更需要以科学发现打开育种新空间。
把关键基因及其协同网络从实验室走向田间,把机理优势转化为品种优势,是提升粮食安全保障能力的必由之路。
此次成果所体现的“模块化抗旱”思路,或将为作物抗逆改良提供更可复制的路径,也为实现节水增产、绿色发展带来新的启示。