暴雨大风易倒伏、高产稻秆脆易折，一直是水稻生产难以兼顾的痛点。近日，中国农业大学李自超团队联合钱前院士团队在Plant Cell Environment在线发表了题为 Knockout of RRS1 Enhances Culm Mechanical Strength and Grain Yield in Rice的研究论文。该研究挖掘出调控水稻茎秆强度关键转录因子RRS1，破解“抗倒与高产难以兼得”育种难题。
RRS1（Robust Root System 1）属于R2R3-MYB家族的转录因子。本研究发现，RRS1可直接激活下游微管结合蛋白编码基因STRONG1的表达，通过调控微管的排列，来影响纤维素在次生细胞壁中的沉积，进而负向调控茎秆粗度及机械强度。敲除RRS1后，植株的茎粗、壁厚显著提升，厚壁组织增厚，纤维素含量大幅上涨，抗折力、抗推力全面增强；而过表达RRS1后，植株茎秆变细、次生细胞壁变薄，倒伏风险大幅上升（图1）。
图 1 RRS1负调控水稻茎秆发育和机械强度
敲除RRS1不仅增强了植株潜在的倒伏抗性，还显著增加了穗粒数和产量，单位面积产量提升约20%，垩白度无明显变化，增产的同时保住了稻米品质（图2）。
图 2 敲除RRS1提高水稻产量
单倍型分析结合分子遗传学实验证实，RRS1Hap5（RRS1T）是提高水稻倒伏抗性的天然优良等位基因。同时携带RRS1与STRONG1优势单倍型的水稻种质，茎粗性状显著更优；在粳稻群体中，携带两类优良等位的材料还具备更高每穗粒数（图3）。
图 3 RRS1和STRONG1的育种潜力分析
综上所述，该研究不仅明确了RRS1-STRONG1参与水稻茎秆发育的遗传调控通路，还为破解水稻倒伏减产、实现稳产丰产提供了核心基因资源与基因聚合育种策略，为高产抗倒水稻新品种培育开辟新路径（图4）。
图 4 RRS1-STRONG1调控水稻倒伏抗性的模式示意图
中国农业大学农学院/中国农业大学三亚研究院李自超教授、崖州湾国家实验室钱前院士和中国种子集团陈超博士为论文的通讯作者。中国农业大学已毕业博士/崖州湾国家实验室博士后高捷和中国农业大学已毕业博士/中国农业科学院作物科学研究所助理研究员赵勇为论文的第一作者。感谢上海交通大学张大兵教授馈赠的RUBQ::mNG‐MAP4载体。该研究得到了宁夏回族自治区重点研发计划、阿克苏农业技术联合创新项目、中国博士后科学基金、北京市自然科学基金以及海南省种业实验室与中国种子集团有限公司联合项目的资助。
论文链接：
https://doi.org/10.1111/pce.70661
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