近日，中科院合肥研究院智能所离子束生物工程与绿色农业究中心吴跃进研究员课题组在水稻显性脆秆Sdbc1基因克隆和功能解析方面取得重要进展，研究成果以论文“A semi-dominant mutation in OsCESA9 improves biomass enzymatic digestibility and salt tolerance by relatively remodeling cell walls in rice”在线发表于国际期刊Rice 上，叶亚峰博士为论文第一作者，刘斌美副研究员为共同通讯作者。

　　水稻作为重要的粮食作物之一，每年产生将近3亿吨的秸秆，由于秸秆数量多，体积大，难以在短时间内及时处理，影响后茬作物播种，成为生产上的棘手问题。水稻细胞壁组分变化常常会导致水稻茎秆的抗折性能的变化，脆秆突变体收获时秸秆更加容易粉碎，另外脆秆突变体的纤维素含量降低，导致次生细胞壁组成的抗降解屏障能力降低，使得秸秆更易被降解，有益于秸秆还田和做动物饲料利用。吴跃进研究团队长期关注利用重离子诱变挖掘细胞壁组分突变基因并开展秸秆还田和离田利用。前期通过图位克隆技术获得了控制脆秆特性的基因CEF1，对其功能进行了深入解析（Ye,et al.Plant Molecular Biology,2015），进一步研究还发现OsSND2能够调控多个与细胞壁合成有关的MYB转录因子，是此途径控制纤维素合成的“总开关”，具有重要的应用价值（Ye,et al.Rice,2018）。

　　CEF1基因解决了常规稻秸秆还田难题，但是对于我国主推的杂交水稻来说，由于cef1的隐性遗传特性难以直接应用。杂交稻生物量大、应用面积广，因此产生的秸秆数量更多，如何处理也面临极大的挑战。叶亚峰博士利用重离子诱变获得了一个半显性脆秆突变体Sdbc1，通过图位克隆发现SDBC1基因编码的是一个纤维素合成酶催化亚基OsCESA9，在第387位保守的天冬氨酸（D）位点突变成了天冬酰胺（N）。进一步实验表明，突变型的OsCESA9D387N蛋白能够竞争野生型OsCESA9与OsCESA4和OsCESA7互作，形成没有功能或部分功能的纤维素合成酶复合体，从而影响纤维素的正常合成。在sdbc1纯合突变体中，因为只能形成没有功能的纤维素合成酶复合体，因此纤维素合成受到严重影响，其表型表现出茎秆和叶片都非常脆，而Sdbc1杂合突变体中，突变型OsCESA9D387N和野生型OsCESA9同时存在，而且存在竞争关系，所以只有一半的纤维素合成酶复合体能够正常行使功能，导致纤维素含量略微降低，秸秆表现出微脆的表型，而叶片没有任何影响。同时该位点的显性突变能够通过降低活性氧（ROS）的水平和体内的Na+含量，增加其耐盐性。这些研究结果不仅从分子水平揭示了半显性脆秆形成的机制，同时为分子设计培育新的脆秆杂交稻品种奠定理论基础。该基因应用到杂交稻生产上，尤其是在盐碱地种植具有很好的应用前景。

　　该工作得到国家自然科学基金青年项目、安徽省重大科技专项以及环境毒理与污染控制技术安徽省重点实验室开放课题支持。

　　文章链接：https://www.researchsquare.com/article/rs-63488/v2 

Sdbc1半显性脆秆突变体表型分析

SDBC1基因图位克隆

Sdbc1的工作模型