近日，植物學(xué)領(lǐng)域重要國際期刊《植物、細(xì)胞與環(huán)境》（《Plant, Cell and Environment》）在線發(fā)表了云南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院杜云龍教授研究團(tuán)隊(duì)的研究論文，該研究首次發(fā)現(xiàn)插入月亮谷水稻DRO1基因啟動(dòng)子中的INDITTO2轉(zhuǎn)座子可以傳遞生長素信號(hào)調(diào)節(jié)DRO1的轉(zhuǎn)錄，從而增強(qiáng)水稻避旱性。

轉(zhuǎn)座子是重要的可移動(dòng)DNA元件，廣泛存在于植物基因組中，在植物進(jìn)化中發(fā)揮著重要作用。生長素是一種重要的調(diào)節(jié)因子，與根系發(fā)育和干旱脅迫適應(yīng)有關(guān)。DRO1基因是水稻避旱的關(guān)鍵基因。秈稻月亮谷(Acuce)是元陽哈尼梯田中的主栽特色農(nóng)家稻，具有產(chǎn)量穩(wěn)定、抗病性好等優(yōu)良農(nóng)藝性狀，已經(jīng)有100多年的種植歷史。開展月亮谷水稻優(yōu)良農(nóng)藝性狀的遺傳基礎(chǔ)研究，特別是干旱脅迫下轉(zhuǎn)座子與DRO1基因在月亮谷水稻發(fā)育中的作用，對(duì)于揭示水稻對(duì)非生物脅迫和生物脅迫的適應(yīng)性機(jī)制具有重要的應(yīng)用價(jià)值和理論意義。

杜云龍團(tuán)隊(duì)結(jié)合基因編輯、生物信息學(xué)及分子生物學(xué)等技術(shù)手段，構(gòu)建了月亮谷水稻及日本晴水稻的DRO1基因敲除突變體，發(fā)現(xiàn)月亮谷水稻具有較強(qiáng)的避旱性，月亮谷水稻響應(yīng)干旱脅迫與DRO1基因的表達(dá)量上調(diào)有關(guān)，其根系發(fā)育表現(xiàn)明顯的避旱性特征并與DRO1調(diào)節(jié)生長素的運(yùn)輸有關(guān)。研究團(tuán)隊(duì)還對(duì)DRO1基因的啟動(dòng)子進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)月亮谷水稻的DRO1基因啟動(dòng)子比日本晴水稻多了266個(gè)核苷酸，進(jìn)一步分析并確定其為轉(zhuǎn)座子，命名為INDITTO2。INDITTO2轉(zhuǎn)座子含有生長素響應(yīng)元件，參與生長素介導(dǎo)的DRO1表達(dá)，具有啟動(dòng)子活性，能夠?qū)⑸L素信號(hào)傳遞到鄰近基因。通過轉(zhuǎn)基因的方法將INDITTO2轉(zhuǎn)座子插入到日本晴水稻的DRO1啟動(dòng)子中，可以顯著促進(jìn)水稻對(duì)干旱的適應(yīng)性。團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步的研究還發(fā)現(xiàn)INDITTO2轉(zhuǎn)座子及其同源基因廣泛分布于水稻基因組中，并參與了對(duì)生長素的響應(yīng)及基因表達(dá)調(diào)節(jié)。該研究揭示INDITTO2轉(zhuǎn)座子在基因組中的廣泛分布增加了水稻的遺傳多樣性，并發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)座子在作為啟動(dòng)子時(shí)，可響應(yīng)水稻內(nèi)部的激素信號(hào)而調(diào)節(jié)基因表達(dá)，從而增強(qiáng)水稻對(duì)不同非生物脅迫的適應(yīng)性。

該研究已獲得國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、云南省教育廳科學(xué)研究基金重大專項(xiàng)、教育部“留學(xué)回國人員科研啟動(dòng)基金”、云南省科技廳重大科技計(jì)劃、云南省科技廳重點(diǎn)項(xiàng)目等項(xiàng)目資助。

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