黑龍江省是我國水稻種植面積最大、產量最多的省份，也是重要的優質稻米生產基地。在研究所整體規劃下，水稻分子育種學科組于2014年成立，主要針對黑龍江省水稻生產中的日照長、積溫低等生產問題，以黑龍江水稻為材料，發掘和利用對寒地水稻主要農藝性狀具有重要價值的關鍵基因和主要調控位點，展開功能基因研究，并利用分子育種策略，培育水稻新種質和新品種。經過幾年的潛心研究，卜慶云研究團隊于2017年取得系列重要進展，相繼在Plant Cell（IF:8.726）， Plant Physiology（IF:6.456）等植物學領域頂級國際期刊發表。研究進展如下：
1、水稻表皮蠟質合成和干旱反應的分子機制
表皮蠟質是植物最外面的疏水層，對于植物防御環境脅迫有重要保護作用，尤其在干旱脅迫條件下減少植物非氣孔途徑的水分流失。我們研究發現水稻DROUGHT HYPERSENSITIVE (DHS) 編碼的蛋白，是水稻蠟質合成的重要調控因子。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，對干旱極為敏感；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泛素連接酶活性，能夠與HD-ZIP Ⅳ家族轉錄因子ROC4相互作用，DHS促進ROC4降解，而dhs突變減緩ROC4降解；遺傳學分析表明，ROC4作用于DHS下游；DHS-ROC4直接調控下游靶基因Os-BDG的表達。綜上所述，DHS通過泛素化降解ROC4，從而負調控表皮蠟質合成，進而影響水稻抗旱能力，該作用機制的揭示對水稻抗旱育種具有重要的應用價值。
2、水稻BR信號和株型調控的分子機制
水稻株型與產量和抗性密切相關，油菜素內酯(Brassinosteroid)是調控水稻主要的植物激素。我們發現水稻轉錄因子OsWRKY53能夠參與調控BR信號， OsWRKY53基因過表達轉基因水稻（OsWRKY53-OE）呈現出葉傾角增大、種子增大、其葉角對外源的BR處理超敏感等一系列BR信號增強的表型；和敲除突變體oswrky53則表現為與OsWRKY53-OE相反的表型。OsWRKY53-OE d61-2雙突變體分析表明，OsWRKY53能夠部分恢復由于BRI1的BR信號缺陷的表型，在遺傳學上OsWRKY53位于BRI1的下游。進一步研究分析發現，OsWRKY53與OsMAPK6之間存在互作關系，并且OsMAPK6能夠磷酸化OsWRKY53。證明OsWRKY53被OsMAPK6磷酸化是其發揮BR信號正調控因子功能的關鍵。這一發現不僅豐富了BR信號轉導通路，而且挖掘了OsWRKY53未被報道的生物功能，對不同激素之間轉導提供新的研究思路和研究視角，具有重要的理論和應用價值。
以上成果得到了國家自然科學基金、中國科學院“分子模塊設計育種”先導專項和黑龍江省自然科學基金等資助。
論文信息：
Zhenyu Wang(王臻昱), Xiaojie Tian, Qingzhen Zhao, Zhiqi Liu, Xiufeng Li, Yuekun Ren, Jiaqi Tang, Jun Fang, Qijiang Xu, Qingyun Bu (2017). The E3 Ligase DROUGHT HYPERSENSITIVE Negatively Regulates Cuticular Wax Biosynthesis by Promoting the Degradation of Transcription Factor ROC4 in Rice, The Plant Cell, DOI: https://doi.org/10.1105/tpc.17.00823
Tian X（田曉杰）, Li X, Zhou W, Ren Y, Wang Z, Liu Z, Tang J, Tong H, Fang J, Bu Q (2017) Transcription factor OsWRKY53 positively regulates brassinosteroid signaling and plant architecture. Plant Physiol，175(3)：1337-1349，DOI: https://doi.org/10.1104/pp.17.00946
論文鏈接：
http://www.plantcell.org/content/early/2017/12/13/tpc.17.00823/tab-article-info
http://www.plantphysiol.org/content/early/2017/09/11/pp.17.00946
