成都生物所解析水稻耐盐碱分子调控机制

　　

盐碱胁迫影响水稻生长、产量与品质。克隆耐盐碱关键基因、并进行分子机制解析与育种利用，是选育耐盐碱优良水稻新品种，促进水稻稳产提质的关键。成都生物所前期研究发现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（Liu et al., 2022，IJMS）（https://www.mdpi.com/1422-0067/23/23/15019）。但是，细胞壁间质多糖合成基因调控水稻盐碱耐受性的详细分子机制还不清楚。

成都生物所最近利用细胞壁间质多糖合成途径中的类纤维素酶关键合成基因OsCSLD4的突变体nd1，综合运用耐盐碱表型鉴定分析、基因盐碱诱导表达、比较转录组学分析与qPCR验证、胁迫理化指标与细胞壁主要成分测定分析等综合技术方法系统深入研究了该基因调控水稻盐碱耐受性的分子机制。

研究发现nd1的盐碱耐受性相比野生型明显降低，OsCSLD4基因正调控水稻盐碱耐受性；盐碱胁迫诱导OsCSLD4基因的上调表达；比较转录组学分析发现盐碱胁迫下nd1幼苗光合作用、淀粉与细胞壁基质多糖生物合成等途径中的基因表达量整体上相比野生型显著下调；生理分析发现OsCSLD4基因通过ABA途径正调控水稻盐碱耐受性；理化测定分析发现盐碱胁迫下nd1的叶绿素、可溶性总糖、淀粉与半纤维素含量相比野生型显著降低，但丙二醛含量却显著上升。

本研究解析了OsCSLD4基因通过响应盐碱胁迫，调控光合作用、淀粉与细胞壁基质多糖生物合成等光合与糖类合成途径基因表达，控制叶绿素、可溶性总糖、淀粉与半纤维素的合成与积累，从细胞层面增加细胞壁强度与胞内生理生化盐碱适应性，从植株层面维持光合同化能力与生长发育，从而调控水稻盐碱耐受性的分子机制。研究表明OsCSLD4基因在耐盐碱水稻分子育种中具有一定的应用前景。

上述研究结果已于2024年9月25日以“OsCSLD4 confers salt–alkali tolerance by regulating gene expressions in photosynthesis and carbohydrate biosynthesis pathways, cell wall hemicellulose accumulation and physio-biochemical adaptability in rice”为题，发表在在JCR Q1期刊《Plant Stress》上。

成都生物所毕业博士刘志坚、联培毕业硕士吴翠丽、联培硕士生李文杰为论文共同第一作者，李辉副研究员为通讯作者。

该研究获得了西南作物基因资源发掘与利用国家重点实验室开放课题、厅市共建作物特色资源创制及应用四川省重点实验室开放基金课题、亚洲合作资金项目、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、四川省国际科技创新合作项目、四川省自然科学基金项目、“一带一路”国际科学组织联盟（ANSO）项目和四川省主要粮油作物分子育种平台项目的联合资助。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2667064X24002574

图1.OsCSLD4基因通过ABA途径正调控水稻盐碱耐受性

图2.盐碱胁迫下OsCSLD4基因突变体nd1的生理生化适应性与生物量下降

图3.盐碱胁迫下nd1突变体幼苗的光合作用、淀粉与细胞壁基质多糖生物合成途径中的基因表达量相比野生型下调

图4.盐碱胁迫下nd1突变体幼苗的淀粉与半纤维素含量相比野生型下降