近日，华南农业大学农学院谢庆军课题组在中科院一区Top期刊Plant，Cell & Environment (IF5-year=7.6)在线发表了题为“Duplicated OsATG9 Genes Antagonise Autophagy to Balance Growth and Drought Tolerance in Rice”的研究论文。文章报道了OsATG9a和OsATG9b基因通过拮抗自噬平衡水稻生长与抗旱性，为水稻生长和抗性协同改良提供了新见解。
在真核生物基因组进化过程中，基因复制事件频繁发生，通常通过功能冗余机制增强生物在复杂环境中的适应性。然而，多拷贝基因是否会产生功能分化仍有待阐明。该研究以水稻自噬相关基因OsATG9a和OsATG9b为研究对象，系统解析其在生长发育及干旱胁迫响应中的生物学功能。自噬作为一种进化保守的细胞降解途径，通过循环利用细胞组分在多种生理过程中发挥关键作用。
该研究表明，在正常生长情况下，OsATG9a和OsATG9b均参与自噬过程并表现出功能冗余性，共同调控水稻籽粒大小、株高、分蘖数、一级枝梗数和穗长等性状。在干旱胁迫条件下，Osatg9a突变体的存活率显著低于野生型，该表型与其他Osatg突变体一致。然而，Osatg9b突变体表现出独特的胁迫响应特征：其干旱胁迫后的存活率显著高于野生型，与Osatg9a呈现相反表型。进一步研究发现，Osatg9a突变体的自噬活性在干旱条件下减弱，而Osatg9b突变体的自噬活性增强且超过野生型响应水平。值得注意的是，过表达OsATG9b导致干旱胁迫下存活率降低和自噬诱导减弱。
进一步分析发现，与野生型对比，Osatg9a和Osatg9b突变体中脱落酸（ABA）信号通路相关基因的表达模式呈现显著差异。这些结果表明，OsATG9a在干旱胁迫下正调控自噬，而OsATG9b则发挥抑制作用，两者通过差异调控ABA信号通路实现功能分化。这一发现揭示了水稻多拷贝基因在进化过程中形成的新型功能特异性。本研究为解析多拷贝基因在进化过程中的功能分化提供了新见解。
OsATG9a和OsATG9b调控水稻生长与抗旱机制模式图
华南农业大学农学院毕业博士生李一鸣、柳元泰和毕业硕士生史梦召为论文共同第一作者，谢庆军教授和杨倩颖副教授为共同通讯作者。该研究得到了科技创新2030—农业生物育种重大专项子课题(2023ZD040710104)、国家自然科学基金(32301829，32472126)、广东省自然科学基金面上项目(2024A1515010610，2024A1515012928)、广州市基础与应用基础研究专题项目(2024A04J4039)、“十四五”广东省农业科技创新十大主攻方向“揭榜挂帅”项目子课题(2022SDZG05)、广东省乡村振兴战略专项资金种业振兴项目课题(2022-NJS-15-001)、“西部之光”西部交叉团队重点实验室专项计划(xbzg-zdsys-202111)以及“双一流”学科提升项目(2021B10564001)等资助。
论文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pce.15620
文图/农学院
