水稻OsJAZ12与OsJAZ13在非生物胁迫响应中的功能分化：揭示茉莉酸信号与脱落酸通路的交叉调控机制

本研究针对水稻非生物胁迫响应中茉莉酸(JA)信号通路的调控机制展开，通过CRISPR/Cas9技术构建OsJAZ12/13、OsCOI1b和OsNINJA基因敲除突变体，发现OsJAZ12通过OsCOI1b依赖的JA信号增强盐胁迫耐受性，而OsJAZ13通过OsNINJA介导的途径负调控渗透胁迫响应。研究揭示了JA与脱落酸(ABA)信号通路的交叉调控网络，为水稻抗逆育种提供了新靶点。

　　

在全球气候变化加剧的背景下，水稻作为养活世界半数人口的主粮作物，其生产正面临日益严重的盐碱化和干旱威胁。传统育种手段难以快速培育抗逆品种，而植物激素调控网络的研究为解决问题提供了新思路。茉莉酸(JA)作为关键的防御激素，其在水稻抗逆中的作用机制尚不明确，特别是JA信号核心组分JAZ蛋白家族成员的功能分化仍存在大量知识空白。

针对这一科学问题，研究人员通过系统分析发现，位于水稻10号染色体上的OsJAZ12和OsJAZ13基因虽具有高度同源性，但在胁迫响应中表现出显著差异。酵母双杂交实验首次揭示OsJAZ12能特异性结合JA受体OsCOI1b，而OsJAZ13则通过适配蛋白OsNINJA发挥作用。通过构建CRISPR/Cas9基因编辑突变体，研究人员发现敲除OsJAZ12使水稻对盐胁迫更敏感，而Osjaz13突变体反而增强了对渗透胁迫的耐受性。

研究采用的主要技术包括：酵母双杂交验证蛋白互作关系；qRT-PCR分析基因表达模式；CRISPR/Cas9构建四种基因敲除突变体；表型分析评估突变体在NaCl、甘露醇、ABA和MeJA处理下的生长响应。

蛋白互作验证

酵母双杂交结果显示OsJAZ12与OsCOI1b的结合依赖JA类似物COR的存在，而OsJAZ13无此特性。两者均能与OsNINJA互作，暗示它们可能通过JAZ-NINJA-TPL转录抑制复合体发挥作用。

表达模式分析

OsJAZ12在盐胁迫(PEG)、ABA和MeJA处理下均表现出更快速、更强的诱导表达，其转录水平在MeJA处理0.5小时即升高28倍，而OsJAZ13的诱导滞后且幅度较小。OsCOI1b在MeJA处理12小时后出现477倍的爆发式上调。

突变体表型分析

在100 mM NaCl胁迫下，Osjaz12和Oscoi1b突变体的根系生长显著受抑；而在120 mM甘露醇处理中，唯独Osjaz13表现出增强的根系伸长。激素敏感性实验显示Osjaz12和Oscoi1b对ABA更敏感，而Osjaz13和Osninja对MeJA响应更强。

分子机制解析

基因表达分析发现：

• 胁迫响应基因OsDREB2A和OsNAC2在Osninja中显著下调

• 所有突变体中渗透保护蛋白基因OsLEA3表达均降低

• Osjaz12/13和Osninja抑制ABA合成基因OsNCED1

• Oscoi1b特异性激活ABA降解基因OsABA8ox1

这些结果揭示了JA信号通过不同分支调控胁迫响应的分子机制：OsJAZ12-OsCOI1b模块主要调控ABA依赖性反应，而OsJAZ13-OsNINJA模块侧重JA相关胁迫响应。

该研究首次阐明了OsJAZ12和OsJAZ13这对旁系同源基因的功能分化，为理解JA信号通路的复杂性提供了新视角。发现的调控模块可作为分子标记用于水稻抗逆育种，特别是针对亚洲主要稻区面临的土壤盐渍化问题。研究还提示通过精准编辑特定JAZ基因可能实现抗逆性与产量的平衡，这对保障粮食安全具有重要战略意义。论文的创新性在于：

1. 揭示JAZ蛋白功能分化的结构基础

2. 阐明JA-ABA信号交叉调控的节点基因

3. 建立基因编辑靶点优选策略