水稻是世界是最重要的糧食作物，而由于降水模式的年際變化和水稻生長季節(jié)降水量分布不均等原因，干旱脅迫仍是水稻糧食生產和糧食安全最嚴重的制約因素，在缺乏農業(yè)用水的地區(qū)尤其如此。據估計，水稻生產耗費了中國總用水量的大約一半，每年由于干旱造成的國民經濟損失高達250億美元。
夏新界團隊以超級雜交稻兩優(yōu)培九母本培矮64S為材料，采用Affymetrix基因芯片系統(tǒng)與含51，279 個轉錄本的水稻表達芯片，對水稻不同生長發(fā)育時期、不同組織器官全基因組在低溫、干旱、高溫等非生物逆境脅迫下的表達水平進行分析，并結合qRealtime-PCR分析驗證，最終篩選得到在多組織器官、多逆境條件下均有響應的目標基因OsSGL(STRESS_tolerance and GRAIN_LENGTH)。進一步分析發(fā)現(xiàn)，OsSGL為一因多效的關鍵基因，定位于細胞核，并含有一個未知功能域DUF1645。該基因在正向調控水稻粒型、粒重，增加水稻產量的同時（已另文發(fā)表），能正向增加水稻的耐非生物逆境能力。與對照植株相比，可能由于生長素和細胞分裂素相關基因表達量的改變，過量表達植株根系更大；而在干旱處理條件下，過量表達植株中脯氨酸、可溶性糖含量更高而丙二醛含量更低。綜合分析轉錄組測序數據和qReal-time PCR數據，結果表明OsSGL基因的過量表達引起了多個逆境響應基因表達量及表達模式的明顯改變。將該基因在雙子葉模式植物擬南芥中異源過量表達，也能增強擬南芥植株的耐旱性。因此，我們推測水稻耐旱性的增加，是逆境響應基因表達模式的改變，細胞中高滲透壓物質的積累，以及根系系統(tǒng)的增大三者共同作用的結果。
在幾種主要非生物逆境中，干旱是影響中國糧食生產最大的自然災害。1995-2005年我國因旱災造成的糧食減產損失約為每年1500萬噸至2500萬噸，約為我國全國糧食總產量的4%至8%，占因災總損失的55%。因此開展水稻耐旱基因功能與機制研究，利用分子育種手段改良水稻耐旱性勢在必行。以往研究表明，單個水稻逆境相關基因過量表達后，多數情況轉基因植株僅耐逆性增加，產量性狀不變，甚至產量降低。而OsSGL基因在提高水稻耐旱性的同時，還增加了水稻粒長，粒重，提高了水稻的產量和品質，具有潛在的應用前景。
該研究成果近期以OsSGL, a novel DUF1645 domain-containing protein, confers enhanced drought tolerance in transgenic rice and Arabidopsis為題，發(fā)表在Frontiers in Plant Science上。該研究得到了中國科學院亞熱帶農業(yè)生態(tài)研究所公共技術服務中心的大力支持，該研究也得到了國家自然基因、湖南省自然科學基金等項目的資助。
