近日，我院王州飞教授团队在中科院一区Top期刊Plant Biotechnology Journal（IF2020=9.803）和Theoretical and Applied Genetics（IF2020=5.699）分别发表了题为“A genome-wide association study reveals that the cupin domain protein OsCDP3.10 regulates seed vigour in rice”和“A genome-wide association study reveals that the cytochrome b5 involved in seed reserve mobilization during seed germination in rice”的研究论文，克隆了调控水稻种子活力的新基因OsCDP3.10和OsCyb5，为进一步解析作物种子活力调控机制提供新线索。
水稻贮藏蛋白是影响稻米营养和食味品质的重要因素，但是其在调控种子活力中的作用鲜有报道。本研究通过全基因组关联分析鉴定了一个控制成苗率的主效位点qSP3，证明该基因编码cupin结构域蛋白OsCDP3.10，具有合成52 kDa球蛋白功能；与野生型相比，水稻Oscdp3.10突变体会显著降低种子活力，且突变体种子中缺乏52 kDa球蛋白积累，导致早期萌发过程中氨基酸含量显著降低；进一步证明OsCDP3.10基因可能通过影响种子萌发过程中氨基酸积累，刺激过氧化氢（H2O2）的产生，从而调控种子活力。这些结果为氨基酸种子引发处理和分子育种选择提高作物种子活力提供了重要线索。（论文链接地址https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/pbi.13731）。
图1 水稻Oscdp3.10突变体种子活力表型
水稻种子萌发过程中物质动员是影响早期幼苗生长的重要因素，但有关控制种子物质动员的遗传基础尚不清楚。本研究通过全基因组关联分析鉴定了3个控制种子萌发期物质动员的位点，并对其中一个主效QTL位点qSRMP9候选基因进行验证，证明该基因编码细胞色素b5基因OsCyb5；与野生型相比，水稻Oscyb5突变体种子萌发过程中物质动员量显著降低，从而影响早期幼苗生长；进一步研究发现Oscyb5突变体成熟种子大小、籽粒淀粉、蛋白质和可溶性糖含量均于对照无显著性差异，但在种子萌发过程中α-淀粉酶活性、淀粉和糖动员量显著降低，从而导致葡萄糖贮备不足；水稻OsCyb5优异单倍型主要存在于籼稻和AUS稻中。这些结果为今后通过分子育种培育高活力水稻品种提供线索。（论文链接地址https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-021-03948-2）。
图2 水稻Oscyb5突变体种子活力表型
我院硕士研究生彭丽玲和孙珊为第一篇论文的共同第一作者，我院硕士研究生黄智波和中国水稻所应继锋研究员为第二篇论文共同第一作者，我院王州飞教授和何永奇副教授为共同通讯作者，仲恺工程学院杨彬博士参与了部分工作。
近来，王州飞团队在水稻种子活力理论与技术研究取得了一系列进展，克隆了种子活力调控新基因OsIPMS1（Plant Biotech J, 2019）、qSE3（Plant J, 2019）、OsIAGLU（Plant Biotech J, 2020）、qRL11（J Exp Bot, 2021）、OsCDP3.10（Plant Biotech J, 2021）、OsOMT（Plant J, 2021）、OsCyb5（Theor Appl Genet, 2021）、OsSAUR33（Int J Mol Sci, 2021）等；基于相关理论开展种子收获、干燥和贮藏等技术研发，开发了可以用于作物种子引发的分子标记、新型引发剂等；相关基因和种子技术已授权和申请专利共8项，为进一步提升作物种子活力提供新线索。
上述研究得到了国家自然科学基金、广东省重点研发计划、广东省自然科学基金、华南农业大学高层次引进人才启动经费等项目的资助。（文图／农学院 何永奇）
