■采访人员 田瑞颖
农以种为先 。对于水稻而言，种子活力就如种子质量的“晴雨表”，但长期以来，人们对种子活力的“运营机制”知之甚少 。
在2月21日发表于美国《国家科学院院刊》的一项研究中，中国科学院植物研究所研究员宋献军、副研究员王伟青等经过近5年的研究，揭示了活性氧清除途径改善水稻种子活力的新机制，为进一步改良作物品质提供了理论依据和有用的靶标 。
研究的“春天”
俗话说，“种子不好，丰收难保” 。种子活力是种子质量的重要指标之一，活力越高的水稻种子质量也越高 。
种子活力通常是指种子的萌发活力，以及贮藏中保持这种活力的能力 。这一重要的农艺性状对于种子质量和种质资源保存具有重要意义 。但是，目前关于作物种子活力的调控机制和分子网络的研究非常缺乏 。
宋献军告诉《中国科学报》，植物种子活力一般在刚收获时最高，在随后的贮藏过程中逐渐降低，直至丧失 。而活力丧失的快慢与存放环境直接相关 。“种子收获后能够保持高活力的时间越长，种子活力就越高，在种子市场上就越受欢迎 。”宋献军说 。
然而，种子活力不仅由遗传因素决定，还受环境因素极大影响，具有多基因控制的特征 。因此，揭示种子活力性状的调控机制有很大难度 。
宋献军表示，虽然科研人员已经利用模式植物拟南芥鉴定到一些遗传因子，例如编码过氧化物酶的基因和植物激素脱落酸（ABA）途径中的一些转录因子等，并发现它们对调控种子活力有重要作用，但并不清楚这些基因间是否存在某种生物化学、分子调控和遗传上下游等关系，进而产生内在联系，形成调控的分子网络，并最终决定种子活力 。
与拟南芥相比，水稻作为生长周期更长的作物，其种子活力的研究难度更大 。“近年来，得益于作物基因组学和功能基因学的快速进展，作物种子活力的科学研究迎来了新的春天 。”宋献军说 。
两个“极端”中找答案
为找到决定亚洲栽培稻种子活力的关键基因，宋献军团队建立并完善了水稻种子人工老化实验体系，测定了两种栽培稻生态型（粳稻和籼稻）的600多个品种的种子活力表型 。
一般情况下，种子活力可以通过检查在特定环境下存放后的种子的萌发能力进行判断 。但自然条件下，不同水稻品种的种子一般需1~3年才能完全丧失活力，持续时间较长 。因此，科研人员往往利用人工加速种子老化实验，对种子活力性状进行检测和分析 。
然而，建立成熟稳定的人工老化实验平台并非易事 。论文第一作者王伟青告诉《中国科学报》，种子活力表型会受温度和湿度等严重影响 。例如，在田间条件下，种子活力受环境因素影响，种子成熟时高温多雨的天气将严重影响种子活力的测定 。经过一段时间摸索后，他们终于建立了成熟稳定的水稻种子人工老化实验体系 。
在对600多个品种的种子活力表型进行分析后，他们发现了两个种子活力差异巨大的水稻品种——低活力的“吉粳88”和高活力的“Kasalath” 。研究发现，在同样条件下老化处理12天后，“Kasalath”品种仍然能够保持98.7%的萌发率，而“吉粳88”品种则完全丧失了萌发能力 。
这让研究人员陷入了思考，造成这种巨大差异的原因是不同的基因表达水平吗？为此，研究人员利用高通量转录组学和广靶代谢组学技术，分别分析并比较这些品种种子老化过程中的转录组和代谢组的改变 。但在这个过程中，他们发现超过6000个基因的转录表达发生了改变 。
从海量基因中找到关键调控因子可谓“大海捞针” 。为此，研究人员通过搜索相关文献和不断学习，最终成功构建了共表达调控网络，并筛选到两个特殊的转录因子——bZIP23和bZIP42 。它们与很多差异表达基因间存在关联，这暗示它们可能是关键的调控因子 。
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