近年来，全球气候变化导致洪涝灾害频发，严重威胁农作物生产和粮食安全。我国粮食主产区多地处平原，排水条件受限，更易遭受涝害，常导致大幅减产甚至绝收。因此，增强作物耐涝性已成为应对气候变化、保障国家粮食安全的重要课题。然而，作物耐涝机制研究较为薄弱，制约了耐涝品种选育的进展。

图1. 1950-2009年间全球洪涝灾害发生的频率（引自Bailey-Serres等，2012）

高粱作为全球第五大禾谷类作物（仅次于玉米、小麦、水稻和大麦），兼具抗旱、耐盐碱、耐贫瘠、耐高温等多重抗逆特性，是一种极具潜力的“气候智能型”作物。近年来，我国高粱需求持续增长，但生产仍大量依赖进口。挖掘高粱耐逆基因并解析其作用机制，对提升作物环境适应能力和保障粮食安全具有重要理论与实践意义。

近日，山东农业大学李胜军团队联合中国科学院青岛能源所、山西农业大学、贵州省农科院及山东师范大学等多家单位，在国际著名学术期刊New Phytologist上发表了题为The WRKY76-miR528-SOD2 module: regulating submergence tolerance through ROS scavenging in sorghum的研究论文。该研究揭示了WRKY76-miR528-SOD2分子模块调控高粱耐涝的新机制。

研究发现，在涝渍缺氧条件下，植物体内活性氧（ROS）迅速积累，若清除不及时将造成细胞损伤。不同高粱种质在耐涝性方面存在显著差异，其活性氧积累水平也明显不同。通过比较耐涝和敏感型材料的miRNA与mRNA表达谱，锁定了一个单子叶植物特异的小RNA—miR528，它通过靶向超氧化物歧化酶 2（SOD2）基因影响活性氧清除过程。进一步研究显示，miR528编码基因的表达受到转录因子WRKY76的直接激活。在敏感材料中WRKY76基因表达较高，而过量表达WRKY76或miR528均会导致植株耐涝性显著降低，表明WRKY76-miR528模块在高粱应答淹水胁迫中发挥负调控作用。

图2 WRKY76-miR528-SOD2模块通过调控ROS水平影响高粱耐涝性

综上，该研究首次在高粱中鉴定了一个调控水淹胁迫响应的分子模块，不仅拓展了miRNA在作物逆境适应中的功能认知，也为高粱及其它禾谷类作物的耐涝育种提供了新的分子靶标与基因资源，对推进气候适应性作物培育、保障粮食安全具有积极意义。

山东农业大学李胜军教授和李爱霞教授为该论文的共同通讯作者，山西农业大学山西省后稷实验室副研究员孟祥祥（中国科学院青岛能源所出站博士后）和中国科学院青岛能源所副研究员徐艳为该论文共同第一作者，山西农业大学孔照胜教授、贵州省农科院张立异研究员和丁延庆助理研究员、以及山东师范大学隋娜教授对本研究做出了重要贡献。特别感谢中国科学院遗传发育所谢旗研究员为本研究提供了宝贵的高粱种质资源。该研究得到了国家自然科学基金、山西省留学人员科技活动择优资助重点项目、贵州省科研机构创新能力建设专项等项目的资助。

参考文献：

Bailey-Serres J, Fukao T, Gibbs DJ, Holdsworth MJ, Lee SC, Licausi F, Perata P, Voesenek LA, van Dongen JT. 2012. Making sense of low oxygen sensing. Trends in Plant Science 17: 129–138.

论文链接：

https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.70542