Journal of Integrative Plant Biology | 谢鹏课题组综述G蛋白协同调控植物抗逆高产的遗传调控网络

       7月21日，我院谢鹏副教授课题组在Journal of Integrative Plant Biology（中科院植物学大类1区，IF=12.5）上发表题为“Plant G proteins: versatile signaling hubs for synergistic improvement of agronomic traits”的综述长篇论文。文章系统梳理了植物G蛋白调控作物产量、品质及逆境响应的遗传调控网络，阐释了G蛋白在协调植物生长与胁迫应答中的核心价值，重点剖析G蛋白在干旱、极端温度、强光、病虫侵害等多种逆境下的功能机制，并提出可同步提升产量和抗逆性的精准分子设计育种策略。

       高产、优质、强抗逆是作物遗传育种三大核心目标，但受植株内部资源分配机制制约，三类农艺性状普遍存在两两拮抗的权衡关系。当前培育的品种常存在明显短板：高产品种抗逆能力不足，高抗逆品种又难以实现丰产稳产。深入解析关键农艺性状背后的分子调控机理，依托多元化分子设计育种技术，能够打破性状间固有制衡关系，培育出稳产优质、兼具多重抗逆特性的作物新品种。植物G蛋白作为细胞信号传导通路上游核心分子开关，广泛参与作物产量形成、品质调控、逆境适应与免疫防御等诸多生物学过程，是平衡植物生长发育与胁迫抗性的核心信号调控节点。

       此外，本文提出四种可同步改良产量与抗逆性状的精准分子育种策略：（1）整合多组学与分子实验技术，解析G蛋白介导的生长、防御拮抗信号通路，重塑信号传导路径，消除生长与抗逆之间的资源竞争，破解性状权衡难题；（2）利用组织特异性启动子、顺式调控元件精准操控 G 蛋白时空表达模式，同步平衡作物发育进程与逆境响应能力；（3）定点编辑GS3、DEP1等水稻Gγ亚基C端功能结构域，结合人工智能蛋白改造技术，协同优化作物产量、品质与抗逆综合表现；（4）筛选挖掘各类G蛋白优良等位变异，通过基因聚合育种实现多优异性状协同提升。该文系统梳理了G蛋白的育种应用潜力，为借助G蛋白分子机制培育高产、优质、多抗作物新种质提供关键理论支撑。

       中山大学农业与生物技术学院为第一通讯单位，博士后李浩然、博士研究生张志龙与刘方圆为该论文共同第一作者，谢鹏副教授为该论文的通讯作者。本研究得到国家自然科学基金、国家高层次人才特殊支持计划、国家重点研发计划、深圳市自然科学基金和中山大学青年科学家培育等项目资助。

图1：G蛋白打破植物生长-防御权衡的分子设计育种策略

全文链接：http://doi.org/10.1111/jipb.70351

初稿：李浩然   初审：谢  鹏   审核：辛国荣   终审：杨德胜