水稻植物进化以适应洪水

虽然水对植物生长至关重要，但过量的水会淹水并杀死植物。在南亚和东南亚，在雨季期间发生定期洪水，水深可达数米，持续数月。

被称为“深水稻”的水稻品种已经制定了一种独特的策略来确保自己的生存。深水稻通常在浅水中生长，但在洪水泛滥的情况下，随着水位的上升而增加其高度，使植物能够渡过漫长的洪水。

由东北大学的Takeshi Kuroha，名古屋大学的Motoyuki Ashikari，康奈尔大学的Susan R. McCouch以及日本和美国的同事组成的研究小组在水稻中发现了一种对其在洪水条件下生存至关重要的基因。他们还阐明了其分子功能和进化史。

该研究小组将SD1(SEMIDWARF1)确定为负责深水稻响应的关键基因。SD1编码赤霉素(一种植物激素)的生物合成酶。该基因通过独特的功能获得等位基因协调深水稻的反应。当淹没时，大米会积聚乙烯，一种气态植物激素。深水稻扩增信号转导，其中SD1基因由乙烯响应转录因子OsEIL1a转录激活。

得到的SD1蛋白导致赤霉素的合成增加，赤霉素主要是赤霉素物种GA4中的一种，其促进植物中的垂直生长。进一步的分析表明，这种条件性功能变异首先在野生祖先中进化，然后成为适应孟加拉国深水环境的栽培稻驯化过程中的选择目标。

SD1基因是水稻中的绿色革命基因，其中SD1的功能缺失等位基因赋予植株高度短，提供抗倒伏性和提高收获指数，在高投入农业系统下产生更大的谷物产量(图还剩3个)。

同一基因的转录功能获得等位基因使深水稻通过相反的表型反应 - 植物高度的增加来适应洪水。SD1在栽培稻中以这种不同的作用发挥作用的能力突出了植物对其环境的固有可塑性。

“气候变化引发的极端天气事件可能会影响全球的粮食生产，”Kuroha说。“农民需要多样化他们的方法，野生稻基因中发现的隐秘遗传变异可能为种植有弹性的作物提供适应性解决方案。”

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