水稻株型是決定水稻產量的主要因素之一，塑造水稻理想株型是提高水稻產量的重要途徑。IPA1（Ideal Plant Architecture 1）是此前克隆的調控水稻理想株型形成的主效基因，編碼一個含有SBP-box結構域的轉錄因子，調控多個生長發(fā)育過程，其功能獲得性突變體具有無效分蘗少、莖稈粗壯抗倒伏、穗大粒多產量高等優(yōu)異農藝性狀（Jiao et al., Nat Genet, 2010），該基因已應用于培育“嘉優(yōu)中科”系列水稻新品種。

 

　　傳統(tǒng)觀點認為，植物抗病與產量之間存在此消彼長的關系，猶如魚與熊掌不可兼得。最近在理想株型水稻高產與抗病協(xié)同調控機制的研究中取得突破性進展，揭示IPA1既能提高水稻產量又能增強對稻瘟病抗性的調控新機制。研究發(fā)現(xiàn)IPA1的磷酸化修飾是平衡產量與抗性的關鍵調節(jié)樞紐。通常情況下，IPA1結合DEP1等穗發(fā)育相關基因的啟動子，促進其表達，調控水稻理想株型的建成與水稻產量；受稻瘟病菌誘導后，IPA1發(fā)生磷酸化修飾并改變其與DNA序列的結合特性，使得IPA1結合抗病相關基因WRKY45的啟動子，促進其表達，增強免疫反應，提高抗病性。這一機理使得在含有IPA1的功能獲得性基因型的水稻中，產量和稻瘟病抗性同時得到提高。該研究首次發(fā)現(xiàn)IPA1是同時增加作物產量并提高抗性的單個基因，打破了單個基因不可能同時實現(xiàn)增產和抗病的傳統(tǒng)觀點，為高產高抗育種提供了重要理論基礎和實際應用新途徑。

 

　　這一研究成果于9月7日在《科學》（Science）雜志在線發(fā)表（DOI: 10.1126/science.aat7675），研究論文題目為A single transcription factor promotes both yield and immunity in rice。四川農業(yè)大學副研究員王靜、碩士研究生周練、石輝、美國戴維斯分校博士Mawsheng Chern和中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所副研究員余泓為該論文第一作者；四川農業(yè)大學研究員陳學偉、中科院遺傳發(fā)育所研究員李家洋和四川農業(yè)大學副研究員王靜為論文通訊作者。該項目受到國家自然科學基金委、教育部和科技部等的經費資助。

　　圖：水稻轉錄因子IPA1促進高產和提高抗病性的模式