成都生物所在水稻耐盐碱分子调控机制研究方面取得新进展

　　

 盐碱胁迫影响水稻的生长发育、存活率与最终产量。但是研究者对水稻盐碱耐受性的分子调控机制还知之甚少。本研究首先构建了水稻苗期盐碱耐受性温室大规模高通量鉴定体系。利用该鉴定体系从700余份国内外水稻种质资源中筛选得到一份强耐盐碱的水稻种质资源，并将其命名为SATR (Salt-Alkali Tolerant Rice)。进一步用敏感型栽培稻品种93-11做对照，对SATR进行了耐盐碱性表型与生理生化指标系统分析。发现在盐碱胁迫条件下，SATR存活率明显高于93-11，并且其体内POD活性、可溶性总糖含量显著高于93-11，但丙二醛积累量却显著降低。这说明在盐碱胁迫下，SATR通过降低氧化胁迫和调节渗透压来增强对盐碱的耐受性。 

 根据SATR与93-11之间的比较转录组分析结果，发现二者的差异表达基因显著富集到细胞壁合成相关途径。相比93-11，盐碱胁迫显著诱导了SATR体内细胞壁多糖（半纤维素和果胶）合成基因的上调表达。进一步通过细胞壁组分含量测定发现SATR幼苗中的半纤维素和果胶和含量高于93-11。研究者通过基于靶向测序-液相芯片的基因型检测技术初步定位了SATR中的耐盐碱基因，并筛选出了包括细胞壁多糖合成基因在内的35个候选基因。研究者进一步对半纤维素合成途径中的1,4-β-D-木聚糖合成酶关键基因OsCSLD4进行了详细分析。发现在盐碱胁迫条件下，OsCSLD4突变体植株的耐盐碱性、生物量和产量降低，但OsCSLD4过表达株系的耐盐碱性却明显提高。另一方面，在正常生长条件下OsCSLD4突变体相比野生型株系产量降低了80.95%，而在盐碱胁迫条件下OsCSLD4突变体相比野生型株系产量降低了93.74%。这些结果说明OsCSLD4基因在盐碱胁迫条件下正调控水稻产量，并通过抵抗水稻在盐碱胁迫条件下的产量损失，来促进水稻稳产。 

 本研究初步揭示了在盐碱胁迫条件下水稻通过诱导上调细胞壁多糖合成途径基因的表达、增加细胞壁间质多糖的含量与适应性生理生化反应来提高水稻在盐碱胁迫条件下的耐受性、生物量与产量的分子机制。上述研究结果已于2022年11月30日以“Cell Wall Matrix Polysaccharides Contribute to Salt–Alkali Tolerance in Rice”为题，发表在在JCR二区TOP期刊《International Journal of Molecular Sciences》上。该论文第一作者为在读博士研究生刘志坚，通讯作者为李辉助理研究员。 

 该研究获得了四川省国际科技创新合作项目（2021YFH0052、2019YFH0043、2020YFH0003和2020YFH0172）、中科院战略性科技先导专项（A类）“种子精准设计与创造”子课题（XDA24020304）、中科院国际合作局国际伙伴计划“一带一路”科技合作专项（151751KYSB20180006）、“一带一路”国际科学组织联盟项目（ANSO-PA-2020-09和ANSO-TP-2020-03）和四川省主要粮油作物分子育种平台项目（2021YFYZ0027）的联合资助。 

　　

　　图1. 耐盐碱水稻SATR与敏感型对照水稻材料93-11的耐盐碱性表型与生理生化分析 

　　

　　图2. 盐碱胁迫下，SATR幼苗的半纤维素、果胶与微管蛋白合成途径基因表达量相对93-11诱导上调表达 

　　

　　图3. 盐碱胁迫下，半纤维素合成途径中的1,4-β-D-木聚糖合成酶基因OsCSLD4过表达株系耐盐碱性增强 

　　

 

　　图4. OsCSLD4突变体相比野生型的耐盐碱性、生物量与产量大幅度降低 

　　

　　图5. 水稻通过细胞壁间质多糖和适应性生理生化反应调控植株耐盐碱性的分子机制图