近日，上海市农业生物基因中心技术创新中心团队从转录组学角度对节水抗旱杂交稻品种旱优73优良抗旱表型的分子机制进行了解析。该研究揭示了双亲有利性状互补和灵活的偏双亲基因表达对于旱优73抗旱性的重要作用，可为新节水抗旱稻品种培育提供帮助。研究成果发布在国际学术期刊Theoretical and Applied Genetics（1区，IF:4.4）上。

传统水稻种植需要大量灌溉用水，不仅易受干旱胁迫影响，并且还会导致温室气体排放等环境问题。节水抗旱稻（water-saving and drought-resistance Rice, WDR）兼具水稻的高产优质特性和陆稻的节水特性，是解决上述问题的有效方式。旱优73是一种具有优良抗旱性的节水抗旱杂交稻品种，由旱恢3号与沪旱7A杂交而来。田间实验表明旱优73的旱地-水田相对产量显著优于双亲，但其潜在分子机理尚不清楚。

研究团队首先测定了旱优73及其双亲在耐旱性和避旱性这两个抗旱性重要组成性状上的表现，然后对其在多种植物激素处理和非生物胁迫下的转录组进行了检测，分析了差异表达基因和基因偏亲表达情况。最后，通过重测序数据分析了偏亲表达基因启动子序列上的双亲顺式元件差异。

表型评估结果表明，旱优73在耐旱性上的表现接近有利亲本旱恢3号，而在避旱性上的表现接近有利亲本沪旱7A，证明旱优73的优良抗旱性状来源于双亲有利性状的互补。对差异表达基因的聚类分析发现在叶片样品中旱优73与旱恢3号聚在一起，而在根系样品中旱优73则与沪旱7A距离更近。各种处理条件下旱优73及其双亲的差异表达基因均存在较大差异，但GO富集结果总体较为相近。有趣的是盐胁迫处理条件下旱恢3号和沪旱7A的差异表达基因分别富集于抗氧化和海藻糖代谢相关功能，这反映了两个亲本在抗旱策略上的差异。偏亲表达分析表明旱优73中偏高亲表达基因略多于偏低亲表达基因，并且偏亲表达基因中的差异表达基因比例显著高于所有表达基因中的差异表达基因比例。在不同胁迫处理条件下旱优73的整体偏亲表达趋势会发生改变，这可能对其应对胁迫有所帮助。WGCNA分析揭示了某些具有与抗旱相关功能的hub基因，其偏亲表达有利于提升旱优73的抗旱性。启动子序列分析表明偏亲表达基因中存在双亲启动子序列差异的比例显著高于非偏亲表达基因中的这一比例，表明双亲启动子序列差异可能是导致偏亲表达的原因之一。进一步的分析发现某些抗旱相关功能基因的双亲启动子序列差异产生了植物激素或非生物胁迫响应顺式元件的存在缺失变异，这些变异塑造了旱优73的偏亲表达模式，从而帮助其通过灵活的偏亲基因表达适应不同环境。

这项研究较为明确地揭示了旱优73优良抗旱性状来源于双亲有利性状，并从转录组水平解析了旱优73能够兼具这些有利性状的分子机理，对于节水抗旱稻新品种的改良和分子设计育种具有重要的指导意义。 

上海市农业生物基因中心技术创新中心团队王磊助理研究员和马孝松副研究员为论文共同第一作者，夏辉研究员为论文通讯作者。上述研究成果得到上海市自然科学基金（21ZR1457000，19ZR1446700，19ZR1446800），国家作物种质资源平台（上海）（NICGR2021-2）和国家自然科学基金（31930080，31971926）等项目的资助。

文图：王磊

编辑：龙渡

审核：周佩雯