東北地理所水稻表皮蠟質合成和乾旱反應分子機制研究獲進展

表皮蠟質是植物最外面的疏水層，對植物防禦環境脅迫有保護作用，尤其在乾旱脅迫條件下減少植物非氣孔途徑的水分流失方面發揮著重要作用。當前研究中，關於蠟質合成途徑關鍵酶的編碼基因，以及相關轉錄因子研究較多，但對蠟質合成翻譯後調控機制的研究報道較為缺失。

中國科學院東北地理與農業生態研究所在研究中首次發現了水稻Really Interesting New Gene（RING）類基因DROUGHT HYPERSENSITIVE（DHS）編碼的蛋白，是重要的蠟質合成調控因子。DHS過量表達植株表皮蠟質結構嚴重破壞，蠟質組分含量與野生型相比顯著降低，對乾旱極為敏感；反之，DHS突變體與野生型相比，蠟質組分含量顯著增加，抗旱能力增強。進一步研究發現，DHS具有E3泛素連線酶活性，能夠與HD-ZIP Ⅳ家族轉錄因子ROC4相互作用。透過對ROC4過量表達植株和基因敲除突變體的分析，發現ROC4正調控水稻表皮蠟質合成和乾旱脅迫反應；ROC4體內蛋白具有泛素化形式，並受泛素/26蛋白酶體（UPS）途徑介導降解；DHS促進ROC4降解，而DHS突變減緩ROC4降解。遺傳學分析研究發現，ROC4作用於DHS下游，DHS-ROC4直接調控下游靶基因Os-BDG的表達。該研究表明，DHS透過泛素化降解ROC4，從而負調控表皮蠟質合成，影響水稻抗旱能力。此作用機制的揭示對水稻抗旱育種具有參考價值。

相關研究成果發表在植物學期刊Plant Cell上。該研究得到了國家自然科學基金，中科院戰略性先導科技專項、率先行動“百人計劃”等專案的資助。

DHS-ROC4共同調控蠟質合成和乾旱反應示意圖