水是生命之源，对于生长在水田里的水稻来说，缺水是致命的威胁。随着全球水资源日益紧缺和干旱频发，水稻生产正面临着前所未有的挑战。由于水稻耐旱性状并非由单个基因控制，而是由多个基因协同指挥的一场“团队作战”，难以用传统育种手段进行改良。

以往的研究往往聚焦于单个主效基因，忽略了基因之间相互配合、互相制衡的“团队协作”关系。近日，中国农业科学院作物科学研究所水稻分子设计技术与应用创新团队成功挖掘到1个由3个基因组成的“黄金战队”——OsMYB2-OsGH18-OsCAD3分子模块。该研究揭示了它们如何通过加固细胞壁这座“城墙”，来提升水稻全生育期耐旱性的全新机制，为培育节水抗旱水稻提供了关键的基因“武器”。

一、锁定耐旱“三人组”

研究团队从3000份稻种资源中精选出408份核心种质资源，它们如同来自世界各地的“运动员”，遗传背景丰富多样。通过对这些材料的耐旱性进行了一场严格的“体能测试”以及全基因组关联分析（GWAS），结果显示耐旱性与3个基因——OsMYB2、OsGH18和OsCAD3密切相关。这引起了科学家的好奇：这3个基因之间究竟是什么关系呢？

二、揭开“作战地图”：一个指挥、一个激活、一个筑墙

借助转录组、代谢组分析、蛋白-DNA及蛋白-蛋白互作分子实验和AlphaFold3蛋白结构预测等技术手段，研究人员像破译密码一样，揭开了这3个基因的完整“作战方案”。

它们的配合堪称天衣无缝（图1）：总指挥（OsMYB2）：这是一个转录因子，如同“抗旱指挥部”的司令。干旱警报一旦拉响，它会立刻下达命令，直接激活下游2个基因的表达。信号兵（OsGH18）：这个基因编码一个糖基水解酶，本身不直接筑墙，而是负责“唤醒”第三位关键成员。它像一把精密的“分子钥匙”，通过与OsCAD3蛋白直接互作，将其活性“解锁”。工程兵（OsCAD3）：这是负责合成木质素的核心酶。木质素就是植物细胞壁里的“钢筋”。一旦被OsGH18“激活”，OsCAD3便火力全开，合成木质素。

最终战果：细胞壁被层层加固，水稻的“城墙”变得坚不可摧。在干旱环境下，这堵厚实的城墙能牢固锁住水分，让水稻依然挺立，大大减轻萎蔫程度。

图1 水稻OsMYB2-OsGH18-OsCAD3模块调控木质素合成与耐旱性的模式图

三、三基因强强联合，给水稻上“抗旱保险”

进一步研究发现：这3个基因在不同水稻品种的DNA序列（即等位变异）存在细微差异，导致了耐旱能力的强弱之分。研究人员分别在OsMYB2、OsGH18和OsCAD3的基因上找到了2个、5个和4个关键的“版本差异”。通过大量表型数据分析，他们发现了一个规律：3个基因的特定版本之间存在显著的上位性（即基因互作）效应。当3个基因的“最优版本”组合（OsMYB2Hap1-OsGH18Hap5-OsCAD3Hap1）在一起时，水稻的耐旱性最强。

四、结语

基于这个遗传互作模型，研究人员甚至可以像“查公式”一样，通过分析这3个基因组合，就能高效预测一个水稻品种的耐旱等级和产量表现。本研究成功搭建了一座从基础理论到育种实践的“桥梁”。它不仅系统解析了3个耐旱基因如何通过“团队协作”加固细胞壁的分子机制，更重要的是，它首次将基因的功能与其在自然群体中的互作效应紧密结合起来，为利用人工智能和大数据进行“智能育种”提供了全新思路。

未来，育种家们可以像“配钥匙”一样，利用分子标记辅助选择技术，精准地将这3个基因的“最优版本”聚合到高产优质的水稻品种中，快速培育出耐旱性强的新品种。这将有助于减少对水资源的依赖，利用更多的干旱、望天田等边际土地，为保障国家粮食安全和农业可持续发展注入强大的“基因芯”动力。

作者： 王文生（中国农业科学院作物科学研究所研究员，作物基因资源与育种全国重点实验室技术骨干）

科学审核： 李自超（中国农业大学教授）

策划统筹：陆美斌

监制：徐琴

参考文献：Huo M, Wang S, Zhang F, Li M, Yin M, Lei Y, Wang Y, Chen Y, Liu D, Zhao X, Fu B, Hu F, Xu J, Li Z, Wang W. Strong tri-genic epistasis among natural alleles of the OsMYB2–OsGH18–OsCAD3 module enhances drought tolerance in rice. Mol Plant 2026, 19: 804–825.

作者简介

王文生，研究员，长期从事水稻种质资源基因组解析、抗逆基因挖掘和分子育种等工作。担任中国作物学会理事、海南省农学会副理事长、Frontiers in Plant Science植物抗逆领域副主编和Agriculture编委。主持国家自然科学基金、科技创新2030等项目和课题10余项。近年来，以第一和通讯作者（含共同）在Nature等期刊发表论文40余篇。获国家高层次人才特殊支持计划“青年拔尖人才”、国家高层次人才特殊支持计划“中青年科技领军人才”和中国农学会青年科技奖等多项称号。