2025-05-23 11:16:40
2005年，華大主導完成的水稻全基因組精細圖以封面文章形式發表在PLoS Biology雜志上。封面中，一個小孩抱著一大鍋煮熟的米飯，身邊也有一小碗，寓意著華大將這一大鍋飯獻給全人類（免費公開水稻基因組數據），自己只留一小碗。
從繪制水稻基因組工作框架圖和精細圖開始，華大就與水稻結下了不解之緣。此后，華大還聯合中國農業科學院、國際水稻研究所等共同完成了3010株亞洲栽培稻的重測序，并與云南大學胡鳳益教授合作，使“一次種植，多次收割”的多年生稻在全球大范圍的落地成為可能。
在水稻全基因組精細圖完成的20周年，華大又喜迎一項突破性成果。近日，華大生命科學研究院聯合華中農業大學利用華大自主研發的Stereo-seq時空組學技術，系統性地解析了陸稻根系適應干旱的分子機制，并鑒定出關鍵調控基因HMGB1，為作物抗旱遺傳改良提供了新思路。成果發表于Molecular Plant。
陸稻根系的表型（華大供圖）
陸稻是我國西南地區特有的水稻類型，早在《齊民要術》中就有陸稻栽培的相關記載。與普通水稻相比，陸稻具備耐旱、耐貧瘠等優良特性，使得種植方式更為簡便。這些優勢很大程度上歸功于其強健發達的根系，然而目前針對陸稻根系分子機制的研究仍相對匱乏。
研究團隊挑選了16個遺傳背景相近的水稻與陸稻品種，借助華中農業大學的表型組平臺，系統性地研究了陸稻和水稻在生長過程中根系的表型變化。結果發現，相較于水稻，陸稻的根長較長、根莖較粗，盡管其冠根（禾本科植物特有的根系類型）數量較少，但卻表現出更強的抗旱性。這一“以質取勝”的適應性策略，提示其根系可能存在獨特的分子調控機制。
針對這一表型差異，團隊通過Stereo-seq時空組學技術，成功構建了陸稻根系發育的動態基因表達圖譜，重建了冠根原基的生長過程，揭示了陸稻胚芽鞘節的細胞類型及其分布。團隊還采用類似方法重建了水稻和陸稻根生長過程中的根尖細胞分裂分化過程，發現水稻根的中柱和皮層細胞的縱向發育是協同調控的。
隨后，研究團隊將水稻和陸稻根系發育的基因進行了比較，發現多個已報道的決定冠根數目和根長度的差異基因，并確定了它們所屬的細胞類型。同時，研究人員還發現陸稻根尖分生區的細胞與代謝和轉錄翻譯活性顯著高于水稻，而在分生區表達差異最顯著的基因之一——HMGB1引起了研究者的注意，團隊通過遺傳學實驗證明，當在陸稻中高表達的轉錄調控因子HMGB1在水稻中被敲除后，水稻的根系變得更加強健，抗旱能力也顯著增強。
研究團隊表示，這項研究不僅揭示了陸稻適應干旱的分子基礎，還為作物抗旱遺傳改良提供了新思路。因為陸稻和水稻是“近親”，陸稻的抗旱基因更容易轉移到普通水稻中。未來，科學家或許能夠利用這些抗旱基因，培育出“少喝水”也能高產的水稻，幫助農民有效應對干旱氣候帶來的挑戰。
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