DOI：10.1016/j.molp.2026.09.001
2026年9月3日，中国科学院遗传发育所王冰研究员和崖州湾国家实验室/遗传发育所李家洋院士团队在Molecular Plant在线发表了题为Strigolactones constrain rice drought acclimation by suppressing ROS scavenging through the D53–OsWRKY31–ZFP36 module 的研究论文。该研究揭示植物激素独脚金内酯（Strigolactone, SL）在水稻适应干旱环境中的关键作用，发现SLs是水稻抗旱性的关键“负向开关”，为抗旱高产水稻的设计育种带来新的突破口。
全球变暖导致干旱频发，严重制约粮食生产。水稻作为全球近半数人口的主粮，用水需求高，干旱易造成大幅减产。因此，系统解析水稻干旱适应的分子机制、挖掘抗旱优异基因资源，是突破抗旱育种瓶颈的关键。
SL是调控水稻分蘖发育和产量的重要植物激素，但是SL信号通路在水稻抗旱适应中的具体作用机制尚不明确，限制了其在水稻抗旱分子设计育种中的应用。本研究通过生理、生化和遗传实验，系统解析了SL调控水稻干旱适应性的分子机制。研究发现，短期干旱抑制水稻根系中SL合成，而SL在水稻干旱适应中发挥负调控作用。该过程的核心在于SL信号通路的关键抑制蛋白DWARF53（D53），D53通过其N端结构域与转录因子OsWRKY31互作并降低其蛋白水平；OsWRKY31直接结合锌指蛋白编码基因ZFP36的启动子区域并抑制其转录，而ZFP36直接调控清除过氧化氢和维持活性氧稳态。短期干旱通过抑制SL合成，抑制D53的降解，进而增强活性氧清除能力，提升水稻耐旱能力，由此建立了SL-D53OsWRKY31ZFP36的干旱调控通路（图1）
图1. 独脚金内酯SL抑制水稻和陆稻抗旱性的作用机制研究团队进一步发现，耐旱性强的陆稻品种IRAT109根系分泌物中SL含量显著低于日本晴，且在干旱下更为明显。SL含量的降低导致信号转导减弱，增强了干旱下ROS的清除能力，与陆稻品种IRAT109的干旱抗性密切相关（图1）。
更有趣的是，OsWRKY31的hap2单倍型在陆稻中受到选择，与抗旱性呈显著正相关，hap2单倍型中的SNP位点抑制了OsWRKY31的转录和翻译效率，从而提高抗旱性，表明hap2是抗旱分子设计育种的关键靶点。
利用基因组编辑技术敲除SL途径的关键基因，成功提升了水稻日本晴、生产品种华占、陆稻品种IRAT109的抗旱能力。为了评估SL途径的抗旱增产潜力，进一步选取SL含量适度降低的近等基因系NIL-HTD1HZ在自然干旱环境下测产，发现该优异等位增强抗旱性、适度增加分蘖数目和穗数、提高结实率、增加千粒重，在干旱胁迫下单株产量较对照Nekken 2提升36.7%（图2）。该近等基因系在正常生长条件下同样表现出增产，对水稻“绿色革命”具有重要意义（Wang et al., 2020, Mol Plant）。本研究进一步发现，SL合成优异等位形式HTD1HZ兼具抗旱与稳产功能，是抗旱稳产的关键枢纽基因，具有重要的育种应用价值。
图2. SL合成优异等位形式HTD1HZ显著提升干旱环境下的抗旱性和产量
本研究揭示了SL负调控水稻干旱适应性的新机制，发现了植物激素协同调控抗旱性与株型发育的新规律，筛选出多个可用于分子设计育种的关键基因与优异单倍型，为水稻抗旱高产分子育种提供了精准高效的改良靶点。
中国科学院遗传发育所副研究员李倩倩和在读博士生王毅为该论文的共同第一作者，遗传发育所王冰研究员和国家实验室/遗传发育所李家洋院士为共同通讯作者。北京大学雷晓光教授、遗传发育所褚金芳研究员、农业资源研究中心王磊研究员、中国水稻研究所符冠富副研究员、王跃星研究员对该项研究工作做出了重要贡献。该研究得到了中国科学院战略性先导科技专项、国家自然科学基金、中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队计划、中国科协青年人才托举工程、中国科学院青年创新促进会的资助。
王冰，国家自然科学基金委“优青”获得者（2021）、“青A”获得者（2025）、中国科学院青年创新促进会会员（2019）、优秀会员（2023）。课题组长期从事新型植物激素独脚金内酯的合成及作用机理研究，挖掘作物耐逆抗病关键因子，助力作物高产稳产育种。以第一或通讯作者在Cell、Nature、Mol Plant、Plant Cell、PNAS、Annu Rev Plant Biol等国际期刊发表论文20余篇。因工作需要，现向海内外公开招聘特别研究助理（博士后）1名，主要开展独脚金内酯介导生物体间互作机制及精准干预研究，欢迎对交叉学科研究感兴趣的青年学者联系交流。有意者请将个人简历、代表性论文以及两位推荐人的推荐信和联系方式合并为一个PDF文件（文件名：王冰组博士后申请-姓名）发送至bingwang@genetics.ac.cn（邮件主题和文件同名）。欢迎有志青年加入！
