水稻光温敏雄性不育系中赤霉素介导的穗颈伸长效应的转录组解析及其调控机制

为解决杂交水稻制种中不育系穗颈包茎导致的产量损失和赤霉素(GA)滥用问题，研究人员对具有优异穗颈伸出特性的光温敏不育系Shuang 1S和Han 2S开展比较转录组分析。研究发现Shuang 1S的GA含量较Han 2S提高1.5倍，鉴定出15个GA合成代谢相关差异基因（10个上调、5个下调），KEGG富集显示二萜生物合成和植物激素信号转导通路显著激活。该研究为解析水稻穗颈伸出分子机制提供了新靶点，对减少杂交稻制种中GA3(920)使用具有重要实践意义。

　　

杂交水稻作为中国粮食安全的重要保障，其制种过程中不育系的穗颈伸出(Panicle Exsertion, PE)特性直接影响产量。然而当前主流不育系普遍存在"包茎"现象——由于最上节间(Uppermost Internode, UI)伸长不足，导致稻穗被剑叶鞘包裹无法正常抽出，必须依赖外源赤霉素(GA₃，俗称920)喷施来促进抽穗。这不仅增加30%的生产成本，更造成土壤和水体污染。湖南杂交水稻研究中心培育的新型光温敏雄性不育系Shuang 1S展现出91.03%的穗粒伸出率和28.24 cm的超长倒一节间，为解析这一独特表型的分子机制，该团队联合云南农业大学等机构开展了本研究。

研究人员首先对20个不育系进行表型分析，发现Shuang 1S的GA₄+GA₇含量显著高于Han 2S（1.5倍），且穗颈包茎率(20.03%)和未伸出长度(5.88 cm)最低。通过Illumina NovaSeq X Plus平台对两者最上节间进行RNA-seq，获得平均6.81 Gb的clean data，Q30值达95.24%。差异表达分析鉴定出4,856个DEGs（2,147上调/2,709下调），其中15个基因直接参与GA代谢通路。

关键发现如下：

1. 二萜生物合成通路的关键调控
   KEGG分析显示差异基因显著富集于二萜生物合成通路（GA属于二萜类化合物）。其中GA合成基因OsGA20ox1/OsGA20ox2表达下调，而GA代谢基因OsGA2ox9/OsGA2ox10和OsGA3ox2显著上调。特别值得注意的是，GA刺激响应基因OsGASR1/OsGASR2表达量提升6倍以上，可能通过激活细胞壁松弛酶（如XTH）促进节间伸长。

1. 植物激素信号网络的协同作用
   除GA外，生长素(Auxin)信号通路基因变化最显著（24个DEGs），其中SAUR家族基因Os06g071430下调而AUX/IAA基因Os12g060140上调。已知穗颈伸长的关键负调控因子EUI1（编码CYP714D1）和其上游转录因子HOX12在Shuang 1S中表达降低，与表型观测一致。

2. 多激素交叉调控证据
   油菜素内酯(BR)信号激酶Os10g057130和细胞周期蛋白Os09g011110表达上调，印证了前人关于BR通过诱导GA3ox2表达促进GA合成的发现。脱落酸(ABA)通路中SnRK2和ABF家族基因的差异表达，提示激素网络协同调控的可能。

技术方法概要
研究选取20个不育系进行田间表型统计（湖南长沙试验基地），通过LC-MS/MS 8060测定GA含量，采用Illumina NovaSeq X Plus平台进行转录组测序（北京诺禾致源），使用DESeq2筛选DEGs（|log₂FC|≥2.3，padj≤0.01），经GO/KEGG富集分析和qRT-PCR验证（25个候选基因）。

结论与展望
该研究首次系统揭示了Shuang 1S优异穗颈伸出特性的GA调控网络：1）高内源GA水平通过激活OsGASR家族基因促进细胞伸长；2）EUI1-HOX12模块的弱化减少GA降解；3）多激素通路协同优化节间发育。这些发现不仅为分子设计育种提供新靶点（如OsGA2ox9/OsGASR1），更推动杂交稻制种向"减施920"的绿色生产方式转型。后续可对Os07g0591800等新发现的GA调控蛋白进行功能验证，并探索其与已知QTL（如shp1-6、sui1-4）的互作关系。论文发表于《BMC Genomics》，数据已存入中国国家生物信息中心（编号CRA024913）。