南湖新闻网讯（通讯员 向依萌）陆稻，作为我国西南地区特有的水稻生态类型，长期在缺水的山坡地带生长繁衍。早在北魏时期的《齐民要术》中，就有关于陆稻栽培技术的记载。与普通水稻相比，陆稻的种植方式更为简便，且具备耐旱、耐贫瘠等诸多优良特性。而这些特性，很大程度上归功于其强健发达的根系。然而，目前针对陆稻根系分子机制的研究仍相对匮乏。

近日，华大生命科学研究院刘欢团队，华中农业大学赵毓团队和吕俊博士在国际植物学顶级期刊《Molecular Plant》上联合发表了题为 “Comparative spatial transcriptomics reveals root dryland adaptation mechanism in rice and HMGB1 as a key regulator”的突破性研究成果。该研究采用华大自主研发的Stereo-seq空间转录组技术，系统解析了陆稻根系适应干旱的分子机制，并鉴定出关键调控基因HMGB1。这一发现为作物抗旱遗传改良提供了新思路。

研究团队精心挑选了16个遗传背景相近的水稻与陆稻品种，借助华中农业大学先进的表型组平台，系统地研究了陆稻和水稻生长过程中根长，根粗的表型变化。结果发现，陆稻根长较长，根径较粗。尽管其冠根数量较少，但表现出更强的抗旱性（图1）。这一"以质取胜"的适应性策略，提示其根系可能存在独特的分子调控机制。

图1 陆稻根系的表型

图2：胚芽鞘节和根尖的空间转录组图谱

针对这一表型差异，借助 Stereo-seq空间转录组技术，团队成功构建了根系发育的动态基因表达图谱（图2）。决定了冠根数量的冠根原基起始位于根茎交接的胚芽鞘节，但是此前冠根原基起始细胞的特征一直不清楚。该项研究首次利用空间转录组技术重建了冠根原基的生长过程，清晰地揭示了水稻胚芽鞘节的细胞类型及其分布。研究发现，随着冠根原基发育，生长素信号通路基因呈现时空特异性表达，精确调控冠根起始。研究团队还采用类似的方法重建了决定水稻根生长速度的根尖细胞分裂分化过程，发现水稻根的中柱和皮层细胞的纵向发育是协同调控的。

随后，研究团队对水稻根系发育相关基因进行了细致比较，发现了多个已报道的决定冠根数目和根长度生长的差异基因，并确定了它们所属的细胞类型以及陆稻根尖分生区细胞与代谢和转录翻译活性显著高于水稻。此外，研究团队通过遗传学实验证明了在陆稻中高表达的HMGB家族的转录调控因子HMGB1，当其在水稻中被敲除后，水稻的根系变得更加强健，抗旱能力也显著增强（图3）。

图3. HMGB1转基因突变体的表型

该研究不仅揭示了陆稻适应干旱的分子基础，还为作物抗旱遗传改良提供了新思路。因为陆稻和水稻是"近亲"，陆稻的抗旱基因更容易转移到普通水稻中。未来，科学家或许能够利用这些抗旱基因，培育出"少喝水"也能高产的水稻，帮助农民有效应对干旱气候带来的挑战。

华大生命科学技术学院钟荔媛博士、华中农业大学已毕业博士研究生耿乐萍博士，博士研究生向依萌为论文共同第一作者。吕俊博士、华中农业大学赵毓教授和华大生命科学研究院刘欢研究员为论文共同通讯作者。华中农业大学杨万能教授团队在水陆稻根表型鉴定、云南大学胡凤益教授在研究材料、浙江大学毛传藻教授在HMGB1抗体等方面给予了支持及工作指导。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、深圳市科技重大专项、岭南现代农业科学与技术广东省实验室以及中央高校基本科研业务费专项等的资助。

审核：赵毓