OsGAD1和OsGAD3的钙调蛋白结合域双截断增强水稻γ-氨基丁酸积累与多胁迫耐受性研究

本期推荐：日本研究人员通过CRISPR/Cas9技术截断水稻OsGAD1和OsGAD3基因的CaMBD结构域，构建杂交株Hybrid#78，显著提升GABA含量（较野生型提高3.5-5倍）及冷/盐/涝/旱胁迫存活率（最高达83%）。该研究为作物抗逆育种提供了新策略，成果发表于《Plant Cell Reports》。

　　在全球气候变化加剧的背景下，水稻作为主要粮食作物面临严峻的非生物胁迫挑战，每年因盐碱、干旱等胁迫导致产量损失高达30-50%。传统抗逆基因研究多聚焦于OsDREB等转录因子，而对γ-氨基丁酸(GABA)合成关键酶——谷氨酸脱羧酶(GAD)的调控机制关注不足。日本岛根大学Kazuhito Akama团队在《Plant Cell Reports》发表研究，通过基因编辑技术对水稻OsGAD1和OsGAD3基因的钙调蛋白结合域(CaMBD)进行双截断，成功培育出GABA含量显著提升且具有广谱抗逆性的杂交水稻新品系。

研究采用CRISPR/Cas9基因编辑构建OsGAD1△C#5和OsGAD3△C#8突变体，通过杂交获得双突变株Hybrid#78。利用GABase酶法测定GABA含量，GC-MS分析氨基酸谱，结合RNA-seq和RT-qPCR解析分子机制，并通过标准化胁迫实验评估表型。

关键发现包括：1）分子特征验证：成功删除OsGAD1（113bp）和OsGAD3（122bp）的CaMBD区域，杂交株同时携带双突变（图1）。2）GABA动态变化：Hybrid#78在冷胁迫下GABA提升3.5倍，盐/涝/旱胁迫下分别达3.9/5/5倍，显著高于亲本（图2）。3）抗逆表型：杂交株在涝/旱胁迫存活率达83%，较野生型（0-33%）实现突破（表1）。4）代谢重编程：氮代谢通路基因（如Os08g0423500）上调促进谷氨酸供应，2-氧代羧酸代谢（Ko01210）增强GABA分流（表S4）。5）基因调控网络：胁迫相关基因OsDREB、OsHSP70和OsNAC3在杂交株中特异性高表达（图S6-S10）。

该研究首次揭示OsGAD1/OsGAD3双截断的协同效应：CaMBD缺失解除钙离子/CaM复合物对GAD活性的抑制，使酶持续活化。杂交策略不仅实现GABA合成通路的叠加增强，还通过调控氮代谢和应激基因表达网络，建立"代谢-信号"双重抗逆机制。相比外源GABA处理，这种内源性GABA稳态调控更具农艺应用价值，为应对气候变化下的粮食安全挑战提供了新思路。