近日，農(nóng)學(xué)院李勝軍/李愛霞團(tuán)隊在New Phytologist上在線發(fā)表了題為“The WRKY76-miR528-SOD2 module: regulating submergence tolerance through ROS scavenging in sorghum”的研究論文。山東農(nóng)業(yè)大學(xué)李勝軍教授和李愛霞教授為該論文的共同通訊作者（山東農(nóng)業(yè)大學(xué)為本文的通訊作者單位之一），山西農(nóng)業(yè)大學(xué)副研究員孟祥祥（中國科學(xué)院青島能源所出站博士后）和中國科學(xué)院青島能源所副研究員徐艷為該論文共同第一作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金、山西省留學(xué)人員科技活動擇優(yōu)資助重點(diǎn)項目、貴州省科研機(jī)構(gòu)創(chuàng)新能力建設(shè)專項等項目的資助。

近年來，全球氣候變化導(dǎo)致洪澇災(zāi)害頻發(fā)，嚴(yán)重威脅農(nóng)作物生產(chǎn)和糧食安全。我國糧食主產(chǎn)區(qū)多地處平原，排水條件受限，更易遭受澇害，常導(dǎo)致大幅減產(chǎn)甚至絕收。因此，增強(qiáng)作物耐澇性已成為應(yīng)對氣候變化、保障國家糧食安全的重要課題。然而，作物耐澇機(jī)制研究較為薄弱，制約了耐澇品種選育的進(jìn)展。

圖1. 1950-2009年間全球洪澇災(zāi)害發(fā)生的頻率（引自Bailey-Serres等，2012）

高粱作為全球第五大禾谷類作物（僅次于玉米、小麥、水稻和大麥），兼具抗旱、耐鹽堿、耐貧瘠、耐高溫等多重抗逆特性，是一種極具潛力的“氣候智能型”作物。近年來，我國高粱需求持續(xù)增長，但生產(chǎn)仍大量依賴進(jìn)口。挖掘高粱耐逆基因并解析其作用機(jī)制，對提升作物環(huán)境適應(yīng)能力和保障糧食安全具有重要理論與實踐意義。

研究發(fā)現(xiàn)，在澇漬缺氧條件下，植物體內(nèi)活性氧（ROS）迅速積累，若清除不及時將造成細(xì)胞損傷。不同高粱種質(zhì)在耐澇性方面存在顯著差異，其活性氧積累水平也明顯不同。通過比較耐澇和敏感型材料的miRNA與mRNA表達(dá)譜，鎖定了一個單子葉植物特異的小RNA—miR528，它通過靶向超氧化物歧化酶2（SOD2）基因影響活性氧清除過程。進(jìn)一步研究顯示，miR528編碼基因的表達(dá)受到轉(zhuǎn)錄因子WRKY76的直接激活。在敏感材料中WRKY76基因表達(dá)較高，而過量表達(dá)WRKY76或miR528均會導(dǎo)致植株耐澇性顯著降低，表明WRKY76-miR528模塊在高粱應(yīng)答淹水脅迫中發(fā)揮負(fù)調(diào)控作用。

圖2 WRKY76-miR528-SOD2模塊通過調(diào)控ROS水平影響高粱耐澇性

該研究首次在高粱中鑒定了一個調(diào)控水淹脅迫響應(yīng)的分子模塊，不僅拓展了miRNA在作物逆境適應(yīng)中的功能認(rèn)知，也為高粱及其它禾谷類作物的耐澇育種提供了新的分子靶標(biāo)與基因資源，對推進(jìn)氣候適應(yīng)性作物培育、保障糧食安全具有積極意義。

論文鏈接：https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.70542

編      輯：萬    千 

審      核：賈    波