水稻节水抗旱的核心资源建立与遗传和分子机理研究

水稻是农业中用水最多的作物，其节水抗旱性对我国的粮食、水和生态安全具有重要意义。根据逃旱、避旱、耐旱和高水分利用率（WUE）等不同类型特有的性状，对抗旱性鉴定获得的来自于国内外的1000余份水稻、旱稻和野生稻进行WUE和抗旱性复筛与分类，建立不同类型的核心资源；针对避旱性在形态结构上的差异进行相关性状基因的关联定位，分析差异性状与抗旱能力的协同进化关系。同时选取不同节水抗旱性类型的材料及其相应的对照材料进行表达谱比较分析，利用TILLING技术揭示重要节水抗旱基因的多样性、分析基因单倍型与抗旱性的关系以及基因单倍型组合的抗旱效应，建立不同节水抗旱性类型的基因遗传调控网络，并比较其在基因表达调控上的差异，结合关联定位发掘抗旱新基因（基因位点），并选择3-5个关键基因进行功能解析，揭示主要节水抗旱性类型的生理、遗传与分子基础，建立主要抗旱性类型的基因遗传调控网络，以指导有利基因聚合育种。

本项目对200余份水旱稻资源进行了系统的抗旱性状鉴定，筛选了优良抗旱资源42份，明确其中22份1级抗旱资源的抗旱类型；建立了关联分析方法，结合SSR和EcoTILLING进行关联定位，获得85个显著位点，其中8个SSR，2个转录因子启动子在抗旱和敏感材料中具有特异单倍型。对云南、广西、贵州、江苏和河北的400余份水旱稻开展抗旱表型和遗传分化研究。发现水旱稻群体在抗旱表型及遗传上均产生一定分化，粳稻中的分化大于籼稻，广西和江苏群体内的分化大于贵州和云南的群体。抗旱基因SNAC1和DST的序列多样性研究表明，两者在从野生稻到栽培稻进化的过程中受到了选择作用。利用815个水稻芯片表达数据，构建干旱反应的基因网络图，包含15个功能单元，不同单元具有组织表达特异性和功能相关性，同一单元的基因具有相似的顺式作用元件，单元中的hub基因簇多与干旱QTL区间重叠。研究了旱稻IRAT109在干旱胁迫下的蛋白质组，发现表现差异的蛋白主要涉及胁迫防御、光合作用、氧化平衡、碳水化合物代谢等12个类别。进一步采用蛋白质组、转录组和代谢组结合的策略，研究该材料在干旱下的综合反应，发现了干旱胁迫对三大基础物质-碳水化合物、脂肪酸和氨基酸的影响及其代谢间的转换和调控关系。通过同源克隆、突变体筛选、表达芯片筛选克隆了20个水稻抗旱新基因，并对OsSKIP1、DSM1、DSM2、OsAHL、OsRINGzf，mi408等基因开展了基因功能研究。.本项目研究成果为进一步揭示栽培稻抗旱性的分化及不同抗旱类型的分子生物学基础，发掘具有重要科学意义与应用前景的抗旱新基因，在科学方法与种质资源两方面打下了较为坚实的基础。.通过本项目研究，提出了发展“节水抗旱稻”的学术思想，基于该学术思想，项目组在进行水稻节水抗旱分子生物学基础研究的同时，发展节水抗旱稻新品种，育成籼型杂交节水抗旱稻沪优2号通过国家审定，粳型杂交节水抗旱稻旱优8号通过省级审定，在生产上大面积推广。 .依托本项目，承办了第三届国际干旱大会暨水稻抗旱卫星会议。获上海市技术发明一等奖1项。在《科学画报》出版《节水抗旱稻》专辑。在PNAS、Plant Physiology、JEB、Proteomics、PLoS ONE等国际刊物发表论文20篇。累计SCI影响因子 83.347。申报国家发明专利10项，授权4项。博士后出站2人，培养硕博士生34人。