東北地理所在植物抗逆與生長發育調控方面取得系列進展
干旱和鹽堿作為制約農業生產的首要非生物脅迫，嚴重抑制作物生長發育，導致糧食大量減產，直接威脅國家糧食安全。解鎖植物應對干旱和鹽堿的內在調控密碼，闡明干旱和鹽堿脅迫下的生理、生化及形態適應規律，成為農業領域亟待攻克的關鍵課題。
近日，中國科學院東北地理與農業生態研究所李偉強研究員團隊在核仁小RNA（snoRNAs）介導植物干旱脅迫響應領域取得系列重要進展，為作物抗旱遺傳改良提供了全新思路與靶標基因，相關研究成果已陸續發表。
前期研究中，團隊圍繞snoRNAs家族成員NONCODING RNA 1（NCR1），深入闡明其負向調控擬南芥抗旱性的分子機制（Li et al., 2025）。在此基礎上，團隊綜合運用遺傳學、生理學、轉錄組學與蛋白質組學等多維度交叉技術，進一步探究snoRNAs家族另一成員HIDDEN TREASURE 2（HID2），在干旱脅迫中的功能（圖1；Li et al., 2026）。表型分析顯示，干旱處理后，HID2功能缺失突變體（hid2）的耐旱能力顯著優于野生型擬南芥；而HID2過表達株系（OE6、OE15）的耐旱性則明顯減弱。這一系列數據明確證實，HID2同樣以負調控方式參與擬南芥的干旱耐受性調控（圖1）。
圖1. HID2負向調控擬南芥耐旱性的生理表型
聯合轉錄組與蛋白質組分析表明，水分虧缺條件下，HID2可對類黃酮代謝、角質層合成、葉片衰老、脫落酸合成與響應及氧化脅迫等多個生理過程發揮負向調控作用。后續生理生化及形態學驗證進一步表明，HID2通過調控細胞膜完整性、蠟質與花青素次生代謝、葉片衰老速率、脫落酸信號響應、根系發育狀態及活性氧清除能力，全方位影響擬南芥的抗旱適應性（圖2）。
圖2. HID2負向調控擬南芥耐旱性的分子機制
該成果發表于植物學經典國際期刊The Plant Journal（中國科學院一區TOP，IF=5.7）。東北地理所特別研究助理李亮亮為第一作者；東北地理所李偉強研究員、尹小建研究員及德克薩斯理工大學Lam-Son Phan Tran教授為共同通訊作者。山東師范大學楊賢鵬博士、湖北大學呂世友教授和黃浩東博士、中國科學院遺傳發育所曹曉風院士團隊、北京大學現代農學院錢偉強教授和朱丹萌教授等對本研究開展提供了幫助與指導。
此外，本團隊也對獨腳金內酯（SL）和煙素（KAR）信號通路途徑有興趣。最近以SL受體D14和KAR受體KAI2的單突變體、雙突變體及野生型擬南芥為材料，結合轉錄組與激素組聯合分析技術，精準定位了兩條信號通路的功能差異。研究發現，KAR信號在調控脫落酸與細胞分裂素的平衡中扮演更核心的角色，而SL信號則重點參與茉莉酸與赤霉素的平衡調控，二者共同維系植物激素網絡的穩定（圖3; Li et al., 2025）。
圖3. 擬南芥D14與KAI2調控激素含量及代謝基因表達的模型
在此基礎上，團隊構建了KAI2、SMAX1/SMXL2等單突變體、雙突變體與三突變體材料，系統解析KAR信號對器官大小的調控機制。結果顯示，細胞大小是決定蓮座葉、花瓣、角果及種子大小的核心因素。轉錄組與激素組聯合分析表明，KAR信號通過調控生長素、油菜素內酯、茉莉酸、脫落酸等多種激素通路及器官大小正負調控基因網絡，實現對植物器官發育的精細調控（圖4）。綜合結果證實，KAR介導的KAI2-MAX2-SMAX1/SMXL2信號級聯負向調控植物器官大小（Li et al., 2025）。
圖4. 擬南芥KAR信號通路調控蓮座葉大小的機制模型
團隊還系統揭示了DLK2基因的重要生物學功能。DLK2是KAR信號通路關鍵標志基因。研究發現，dlk2突變體下胚軸伸長受抑、子葉角度改變，根毛發育與蓮座葉下彎顯著增強；而DLK2過表達可誘導種子休眠，抑制幼苗生長、開花與分枝，并改變莖粗、花瓣及種子大小。該研究證實，DLK2與同源基因KAI2、D14既有功能保守性，又存在功能分化，為植物發育調控與抗逆分子育種提供了新的基因資源與理論基礎（圖5; Nie et al., 2026）。
圖5. 擬南芥DLK2參與植物發育和抗逆響應的調控模型
以上三項植物激素相關的成果分別發表于植物學經典國際期刊Plant Cell Reports（中國科學院二區，IF=4.5）和Physiologia Plantarum（中國科學院二區，IF=3.6）。東北地理所特別研究助理李亮亮為三篇文章第一/共同第一作者，2024級博士研究生朱晨博、2023級碩士研究生聶小繁為共同第一作者；東北地理所李偉強研究員、尹小建研究員及德克薩斯理工大學Lam-Son Phan Tran教授為共同通訊作者。
上述研究得到國家重點研發計劃（2022YFD1500505）、國家自然科學基金（32370321）及中國科學院戰略性先導科技專項（XDA28110100）的聯合資助。
論文信息：
1. Li, L.#, Yang, X.#, Huang, H., Zhu, C., Xing, M., Yang, K., Nie, X., Fu, J., Wang, M., Liang, Z., Lü, S., Qian, W., Tran, L. P.*, Yin, X.*, and Li, W.* (2025). The small nucleolar RNA NON-CODING RNA 1 negatively regulates drought tolerance in Arabidopsis thaliana. The Plant Journal. 123(4), e70428. https://doi.org/10.1111/tpj.70428
2. Li, L.#, Yang, X., Huang, H., Zhu, C., Xing, M., Yang, K., Nie, X., Fu, J., Wang, M., Liang, Z., Feng, X., Zhao, J., Li, X., Lü, S., Shi, Y., Tran, L. P.*, Yin, X.*, and Li, W.* (2026). Small nucleolar RNA HIDDEN TREASURE 2 reduces drought tolerance via multiple pathways in Arabidopsis. The Plant Journal. 125(3), e70718. https://doi.org/10.1111/tpj.70718
3. Li, L.#, Gupta, A.#, Zhu, C.#, Xu, K., Watanabe, Y., Tanaka, M., Seki, M., Mochida, K., Kanno, Y., Seo, M., Nguyen, K. H., Tran, C. D., Chu, H. D., Yin, H., Jia, K. P., Tran, L. P.*, Yin, X.*, and Li, W.* (2025). Strigolactone and karrikin receptors regulate phytohormone biosynthetic and catabolic processes. Plant Cell Reports. 44(3), 60. https://link.springer.com/article/10.1007/s00299-025-03456-3
4. Li, L.#, Xu, K., Zhu, C., Yang, K., Nie, X., Fu, J., Mochida, K., Watanabe, Y., Nguyen, K. H., Feng, X., Tian, C., Yin, X., Tran, L. P.*, and Li, W.* (2025). The KAI2-SMAX1/SMXL2 module regulates organ size through interaction with other hormone pathways in Arabidopsis thaliana. Physiologia Plantarum. 177(6), e70646. https://doi.org/10.1111/ppl.70646
5. Nie, X.#, Li, L.#, Zhu, C., Yang, K., Li, Q., Fu, J., Xing, M., Wang, M., Nelson, D. C., Feng, X., Zhao, J., Liang, Z., Tian, C., Tran, L. P.*, Yin, X.*, and Li, W.* (2026). Overexpression of DWARF14-LIKE2 in Arabidopsis thaliana alters multiple traits related to plant morphology and osmotic and salt stress tolerance. Plant Cell Reports. 45(3), 60. https://doi.org/10.1007/s00299-026-03742-8
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