来源：华中农业大学
近日，国际学术期刊《分子植物》（Molecular Plant）在线发表了华中农业大学熊立仲教授团队题为「Control of rice ratooning ability by a nucleoredoxin that inhibits histidine kinase dimerization to attenuate cytokinin signaling in axillary bud growth」的研究论文。该团队克隆了全球首个水稻再生力基因 RRA3，并揭示了其参与调控水稻再生力的分子机理。
▲再生稻收获机作业现场（图片来源于大学生新闻中心图库）
再生稻是指在头季水稻成熟后收割留桩
再经过一定的栽培管理措施
使稻桩上的休眠芽萌发
继续生长结实而再次收获的一季水稻
再生稻在生长过程如图1中所示
其可以通过提高收获指数
来增加粮食产量
对确保粮食安全
促进农民增收具有重要意义
▲图 1. 再生稻生长过程示意图
近年来，随着机收再生稻技术的迅速发展，再生稻种植面积逐年扩大，目前，全国再生稻面积大约 1500 万亩左右。再生力是决定再生季产量最重要的性状之一，但生产上缺乏再生力强的品种，再生季产量低且不稳定等因素严重制约再生稻的进一步发展。目前，关于再生力基因克隆的工作鲜有报道，调控水稻再生力的分子机制尚不清楚。
熊立仲教授
本研究通过全基因组关联分析（GWAS）鉴定到与多个再生力和再生季产量性状显著关联的候选基因 RRA3（Rice Ratooning Ability 3）。盆栽和田间表型实验表明，与野生型黄华占（HHZ）相比，RRA3 敲除材料显著提高水稻的再生力和再生季产量，而超表达材料的再生力和再生季产量则显著降低。
▲图 2. RRA3 敲除和超表达材料的再生季表型
研究发现 RRA3 编码一个具有细胞核、细胞质和内质网定位的核氧化还原蛋白（Nucleoredoxin, NRX），在头季收割后 3 天的腋芽中大幅上调表达。生化实验结果表明 RRA3 可与水稻细胞分裂素（Cytokinin, CK）受体组氨酸激酶（Histidine Kinase）OHK4、OHK5 和 OHK6 互作，并通过还原 OHK4 分子间的二硫键来抑制其二聚体的形成。这种抑制作用最终导致CK信号转导减弱和再生力降低。
▲图 3. RRA3 调控水稻再生力的分子机理模式图
此外，RRA3 启动子区的变异导致其表达量差异，从而导致再生力的变异。将一个RRA3 弱表达的优良单倍型 Hap.1 导入弱再生力的水稻品种桂朝 2 号（GC2）中，可使其再生力提高 25.0%，再生季产量提高 23.8%，表明 RRA3 优势单倍型在再生稻育种中具有重要应用价值。
综上所述，RRA3 可以通过还原 CK 受体 OHK4 的二聚化来减弱 CK 信号转导，影响 CK 下游响应基因的表达，从而负调控水稻的再生力。该研究对指导水稻强再生力的遗传改良具有重要意义。
华中农业大学在再生稻栽培理论与技术研究方面处于国际领先地位，集成创建的机收再生稻高产高效栽培技术在华中地区大面积推广应用，为我国粮食安全做出了重要贡献。
华中农业大学作物遗传改良全国重点实验室博士研究生姚义龙和博士研究生向登豪为论文共同第一作者，熊立仲教授为论文通讯作者。熊海燕副研究员、胡红红教授、彭少兵教授等也参与了部分工作。
