近日，我校国家重点实验室、水稻研究所李双成/邹挺团队在植物学领域自然指数期刊The Plant Cell发表题为“The SDR1-OsDSK2a-EUI1 Module Orchestrates Plant Height and Multi-Stress Resilience in Rice”（SDR1-OsDSK2a-EUI1模块调控水稻株高与多重胁迫抗性）的研究论文。该研究鉴定了一个新的水稻半矮化基因SDR1，系统揭示了其通过与OsDSK2a协同调控EUI1降解，进而通过影响赤霉素（GA）稳态，同步优化水稻株型、抗倒性及胁迫耐受性的新机制，为水稻高产抗逆分子育种提供了重要理论支撑和潜力基因资源。
倒伏是制约水稻安全生产的重大瓶颈，严重影响水稻的产量和品质。在水稻育种中，产量与倒伏风险呈高度正相关，如何平衡二者关系、培育高产抗倒品种，已成为现代高产育种的难点和痛点。株高作为水稻最重要的农艺性状之一，与抗倒伏性高度负相关。半矮化基因（semi dwarf1，sd1）的成功应用，显著增强了水稻抗倒伏、耐高肥、耐密植能力，大幅度提高了单位面积产量，被誉为水稻的“绿色革命”，充分证实了适度降低株高对提升水稻抗倒伏和产量潜力的重要实用价值。
尽管目前已有近100个水稻矮杆基因被报道，但可直接用于抗倒伏育种的基因资源依然缺乏。核心症结在于，多数已报道的矮杆突变体株高降幅过大，会导致产量剧烈下降，且该损失难以通过密植等栽培措施弥补。近期研究表明，在sd1背景下，对水稻株高进行“微调性矮化”，可在不显著影响产量的前提下增强抗倒性。因此，“小幅矮化株高”被育种界视为平衡产量和抗倒性的理想策略。然而，此类株高“微调型”基因目前极度稀缺，限制了水稻高产抗倒育种的进程。在此背景下，深入挖掘株高“微调型”半矮化资源，对于进一步提升水稻的群体产量、增强抗倒性具有重要意义。
本研究利用化学诱变结合MutMap技术，在高产、高配籼稻恢复系600R（sd1背景）中鉴定了一个新的半矮秆基因SDR1（SEMI-DWARF RICE 1）。该基因编码一个具有活性的RING-H2 型 E3 泛素连接酶，且在水稻茎节间组织中特异性高表达。分子机制研究显示，SDR1可通过互作直接靶向GA失活关键酶EUI1，并介导其基于泛素-蛋白酶体途径的降解，进而通过精细调控水稻体内GA稳态，实现对株高的控制。研究同时发现，SDR1可与类泛素-泛素结合结构域蛋白(UBL-UBA) OsDSK2a形成复合物，二者协同作用，促进EUI1的蛋白酶体降解过程，研究因此构建了三者的分子调控网络。
值得关注的是，SDR1突变后，水稻内源GA含量显著降低，植株表现半矮化，抗倒伏能力显著增强；同时，突变体的耐盐性（苗期、全生育期）与抗病性（白叶枯病、稻瘟病）均得到显著增加，实现了“矮化抗倒”与“多重抗逆”的协同提升。系统的遗传和生化证据进一步证实，SDR1可部分依赖EUI1调控株高，而SDR1与OsDSK2a在茎秆生长、胁迫耐受等多个性状上体现出明显的加性协同作用，为相关性状改良提供了多样化思路参考。更为重要的是，多年的田间试验表明，在粳稻品种中花 11中失活SDR1，导致植株在高密、高肥栽培条件下的抗倒伏能力显著增强，且籽粒产量实现了同步提升（最高增幅达20%），表明该基因具有重要的育种应用价值。
综上，该研究系统解析了SDR1-OsDSK2a-EUI1分子调控模块，明确该模块通过调控GA稳态精细塑造水稻株型、赋予植株多重逆境耐受性的核心功能；同时，研究亦揭示了一种此前未知的E3泛素连接酶与UBL-UBA蛋白协同调控底物降解的新机制。研究结果丰富了我们对植物GA稳态控制和泛素-蛋白酶体降解体系的理论认知，也为现代水稻分子育种提供了具有应用潜力的操控靶点。
我校国家重点实验室2023级在读博士生李龚文和水稻所青年教师邹挺为该论文共同第一作者，国家重点实验室李双成教授为通讯作者。团队李平教授、梁越洋副教授在课题设计与试验开展方面做出重要贡献。该研究得到国家生物育种重大科技专项、国家自然科学基金、四川省自然科学基金以及国家重点实验室揭榜挂帅等项目资助。
图：SDR1调控水稻株型、抗倒性及胁迫耐受性的分子机制
文章链接：https://doi.org/10.1093/plcell/koag119
