OsNAC74通过激素信号通路调控水稻生长和耐盐性的机制研究

《Scientific Reports》：OsNAC74 modulates rice growth and salt tolerance via hormone signaling pathways

本研究针对土壤盐渍化制约水稻生产的重大问题，聚焦NAC转录因子OsNAC74的功能解析。研究人员通过CRISPR/Cas9基因编辑技术构建突变体，结合生理生化检测和转录组测序，发现OsNAC74通过调控ABA、JA、IAA等激素信号通路，影响水稻种子萌发、根系发育及盐胁迫响应。该研究为水稻抗逆育种提供了新靶点，对保障粮食安全具有重要意义。

　　

随着全球人口持续增长和耕地资源日益紧张，水稻作为养活世界半数以上人口的主粮作物，其安全生产面临严峻挑战。尤其近年来土壤盐渍化不断加剧，全球约20%的可耕地和近半灌溉田受到盐胁迫影响，导致作物生长发育受阻、产量品质下降。在这一背景下，挖掘水稻耐盐遗传资源、解析其分子调控机制，成为农业可持续发展的重要课题。

NAC转录因子家族作为植物特有的调控蛋白，在应对生物和非生物胁迫中发挥核心作用。先前研究发现，OsNAC74可通过调控氨基酸通透酶基因OsAAP6影响水稻籽粒蛋白含量和外观品质，但其在生长发育和逆境响应中的功能尚不明确。为此，信阳师范学院彭博团队在《Scientific Reports》发表最新研究，系统揭示了OsNAC74通过激素信号通路协同调控水稻生长和耐盐性的新机制。

研究主要采用CRISPR/Cas9基因编辑技术构建OsNAC74纯合突变体，通过表型观察、生理指标检测、转录组测序(RNA-seq)和实时定量PCR(qRT-PCR)等技术手段，结合激素含量测定，多层次解析基因功能。实验以水稻品种中华11号(ZH11)为野生型对照，使用T2代纯合突变体种子进行所有实验。

OsNAC74参与调控水稻种子萌发

研究发现OsNAC74突变导致种子萌发速率显著延缓，而外源施加5μM赤霉素(GA)可部分恢复萌发缺陷，表明该基因可能通过GA信号通路调控种子萌发进程。突变体在1/2MS培养基上的胚芽长度虽无显著变化，但萌发时间点明显滞后，提示OsNAC74可能通过影响种子内源GA水平参与萌发调控。

OsNAC74突变降低水稻幼苗耐盐性

盐胁迫实验表明，在100mM和150mM NaCl处理下，突变体幼苗存活率显著低于野生型。qRT-PCR检测发现盐胁迫响应基因OsPEX11、OsJRL、OsAKT1、OsHKT1、OsSalt和OsWSI18的表达量均显著下调。生理指标检测显示突变体叶片中H₂O₂和O₂^-积累增加，叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量降低，而脯氨酸和丙二醛(MDA)含量显著升高，说明突变体在盐胁迫下遭受更严重的氧化损伤和膜脂过氧化。

OsNAC74通过植物激素通路调控耐盐性

转录组分析发现1014个差异表达基因，KEGG富集分析显示这些基因显著富集于植物激素信号转导和MAPK信号通路。激素含量测定表明，100mM NaCl处理7天后，突变体根系中生长素(IAA)含量显著上升，而脱落酸(ABA)、茉莉酸(JA)和赤霉素(GA)含量显著下降。16个激素相关基因的表达变化与激素含量变化趋势一致，证实OsNAC74通过多激素网络调控盐胁迫响应。

OsNAC74参与调控水稻根系发育

表型分析发现突变体主根和侧根长度显著缩短，但侧根数量无显著变化。结合转录组中生长素代谢相关基因的差异表达以及根系IAA含量异常升高，研究认为OsNAC74可能通过调控生长素稳态影响根系发育，而根系构型缺陷可能是导致耐盐性下降的重要因素之一。

本研究系统阐明了OsNAC74通过协调多种植物激素信号通路，在水稻种子萌发、根系发育和盐胁迫响应中发挥核心调控作用。发现该基因突变会导致GA含量降低而延缓萌发，通过扰乱IAA代谢抑制根系生长，并削弱JA和ABA介导的盐胁迫应答。这些结果不仅深化了对NAC转录因子调控网络的认识，更为水稻抗逆育种提供了重要基因资源。未来研究可聚焦于构建以OsNAC74为核心的盐胁迫响应调控网络，为培育高产优质、多抗高效的水稻新品种奠定理论基础。