水稻耐盐关键基因OsWRKY53、MKK10-2和SKC1互作的调控网络和功能解析

Rice is an important cereal crop but sensitive to salinity stress. To aim at crop improvement of rice, one major benefit is to introduce different and improved rice varieties with salt tolerance. Natural allelic variation of elite genes that cause salt tolerance differences among diverse varieties have rarely been explored and characterized across the rice genome. In this project we identified key salt tolerance genes by integrating genome-wide association study (GWAS) and gene function validation within a diverse rice population. We will characterize regulation network and function of OsWRKY53, MKK10-2 and SKC1 genes in ion homeostasis and osmotic homeostasis. The selected salt tolerance genes will provide targets for rice salt tolerance improvement through molecular breeding approaches of transgenic, marker-assisted selection and genome editing.

耐盐是水稻生产的重要育种目标，盐胁迫信号传递中关键基因的调控网络对水稻耐盐性至关重要。我们已经对水稻耐盐性状进行了全基因组关联分析，克隆了耐盐新基因，并发现耐盐新基因OsWRKY53可能与MKK10-2和SKC1互作，该基因组合可以应用于耐盐多基因聚合育种。本项目将研究耐盐关键基因OsWRKY53、MKK10-2和SKC1互作的调控网络，解析OsWRKY53调控SKC1促进离子平衡的分子机制，以及OsWRKY53同时调控MKK10-2影响膜渗透平衡的分子机制。通过对OsWRKY53、MKK10-2和SKC1互作的调控网络进行多基因敲除和过表达，可望促进离子平衡和渗透平衡，从而应用于水稻耐盐育种。

土壤盐渍化是影响全球作物生长和产量最常见的非生物胁迫之一，是全球农业发展长期面临的问题。水稻是世界上最主要的粮食作物之一，对盐胁迫具有中度敏感性。特别是在苗期，盐胁迫更可能导致水稻生长发育迟缓或死亡，导致产量显著减少。因此，进一步提高苗期耐盐性有助于改善水稻对环境的适应进而提高产量，研究水稻耐盐相关基因对揭示水稻耐盐机理以及对水稻耐盐育种具有重要意义。..本研究通过GBS的方法对268份水稻品种进行SNP分型，并采用Imputation的方法总共得到2,535,266个SNP标记。通过与耐盐相关性状进行全基因组关联分析（GWAS），鉴定与水稻耐盐相关的SNP位点，并进行候选基因的预测和功能验证。..我们发现水稻耐盐相关的QTL位点83个，对关联的SNP进行注释，和单倍型分析，发掘了10个基因作为候选基因，包括OsHKT1;5、HKT3、OsWRKY13、OsHAK2、OsHAK5、OsHAP2E和OsDSG1在内的已报道的7个耐盐相关基因，和3个（OsWRKY53、OsMKK10.2和BAHD）首次发现可能与耐盐相关的候选基因。..通过转基因敲除家系证明了OsWRKY53和OsMKK10.2通过调控钠离子通量来影响水稻耐盐，我们进一步证明了OsWRKY53负调控OsHKT1;5，影响钠离子向水稻地上部分运输。OsWRKY53-OsMKK10.2，OsWRKY53- OsHKT1;5两个基因模块协同调控水稻耐盐，揭示了水稻对盐胁迫的敏感性和耐受性机制。