中国农科院作物科学研究所周文彬团队揭示玉米GLK转录因子调控水稻耐旱性的生理机制

全球气候变化引起的极端环境不断加剧，干旱已成为世界范围内影响作物产量稳定和提升的重要限制因素之一。水稻作为世界上最重要的粮食作物之一，在其整个生育期对水分的依赖性程度高，如何提高水稻抗旱能力应对水资源短缺，同时保持产量的稳定，是农业研究的热点和前沿问题。气孔作为植物控制叶片与大气之间CO2和H2O交换的重要门户，具有使外界CO2进入细胞内参与光合作用，同时通过蒸腾作用排出水分的双重功能，在植物光合作用和干旱响应与适应过程中起到至关重要的作用。如何将气孔的双重功能结合起来，综合考虑在干旱条件下如何平衡气孔运动与光合效率之间的关系，实现作物在干旱条件下稳产和适宜生长条件下高产，是现代农作物育种研究的发展方向和目标之一。

近日，中国农业科学院作物科学研究所周文彬研究员团队在国际期刊Plant Physiology发表了题为“Maize GOLDEN2-LIKE proteins enhance drought tolerance in rice by promoting stomatal closure”的研究论文，揭示了玉米GLK转录因子在干旱条件下，参与调控ABA介导的气孔快速关闭、进而提高水稻耐旱能力的新机制。

GLK（GOLDEN2-LIKE）是GARP转录因子家族成员，在调节叶绿体发育、分化过程及光合作用中起重要调控作用。该团队前期研究表明，在C3植物水稻中表达C4植物玉米的GLK基因，转基因水稻植株的叶片气孔导度增大，光合效率提高；同时大田强光条件下通过增加热耗散的形式耗散过多光能，降低光抑制；转基因植株光合同化产物积累增多，最终实现生物量及产量的显著提高。

该研究进一步发现，过表达ZmGLK基因的水稻在干旱条件下，可通过调控ABA介导的途径，促进气孔快速关闭，减少叶片水分散失，从而提高对干旱胁迫的耐受能力。与生理表型一致的是，在干旱条件下，ZmGLK过表达水稻中ABA合成相关基因的表达量显著上调，而气孔运动相关基因的表达量显著下调。RNA-seq分析表明，过表达ZmGLK基因水稻中与ABA及水分胁迫相关通路的基因显著富集；结合DAP-seq进行整合分析，筛选到4个与干旱响应直接相关的ZmGLK下游靶基因，为发掘新的水稻高光效耐旱基因及耐旱机理提供理论基础。该研究为农作物耐旱育种并实现光合效率与抗旱能力的协同提高提供新思路和基因资源。

中国农业科学院作物科学研究所李霞副研究员和已毕业硕士生李静为文章的共同第一作者，周文彬研究员为本文的通讯作者。此外，中国农科院作科所的路则府研究员和中国科学院分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所王鹏研究员等参与该研究工作。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国农科院创新工程等项目的资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1093/plphys/kiad561

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