OsMADS31转录因子通过调控抗氧化系统增强水稻耐盐性的分子机制

本研究揭示了MIKC型MADS-box转录因子OsMADS31通过激活抗氧化酶（CAT/POD/SOD）活性、降低氧化损伤（MDA）和促进脯氨酸（Pro）积累，显著提升水稻耐盐性的新机制。基因编辑与转录组分析表明，OsMADS31通过调控碳代谢、植物激素信号转导等通路关键基因，为作物抗逆育种提供新靶点。

　　

MIKC型MADS-box转录因子OsMADS31调控水稻耐盐性的分子机制

1 引言

水稻作为全球半数人口的主粮，其产量受盐胁迫严重影响。土壤盐渍化导致渗透胁迫、离子毒性和氧化应激，而MADS-box转录因子家族在植物发育和逆境响应中发挥核心作用。前期研究发现OsJRL40与OsMADS31存在互作，暗示后者可能参与盐胁迫响应。本研究通过基因编辑和生理组学手段，系统解析了OsMADS31调控水稻耐盐性的分子网络。

2 材料与方法

以日本晴（Nip）为背景，利用CRISPR/Cas9构建osmads31敲除系（KO）和过表达系（OE）。通过表型分析、抗氧化酶活性检测（CAT/POD/SOD）、DAB/NBT染色（H₂O₂/O₂^•-可视化）及转录组测序（RNA-seq），结合WGCNA网络分析，揭示OsMADS31的功能机制。

3 结果

3.1 OsMADS31的保守性与表达特征

序列分析显示OsMADS31具有典型MIKC结构（MADS-K-box域），与玉米同源基因进化关系密切。启动子驱动GUS报告系统证实其在叶片、茎节等组织中高表达，盐胁迫24小时后表达量激增10倍。亚定位实验表明该蛋白定位于细胞核。

3.2 基因编辑对农艺性状的影响

T₂代KO植株出现穗形态异常，结实率、千粒重等指标显著降低，而OE系穗长和粒数增加。盐胁迫下，KO种子萌发率和三叶期存活率分别降低42%和68%，OE系则维持正常生长。

3.3 生理调控机制

KO植株在6‰ NaCl处理下，CAT活性下降53%，MDA含量升高2.1倍，DAB染色加深；OE系Pro积累量增加80%，ROS清除能力增强。转录组分析发现KO系中1211个差异基因（DEGs）富集于苯丙烷代谢、植物激素信号等通路。

3.4 分子网络解析

WGCNA鉴定出4个关键模块（黑/棕4/洋红/粉），核心基因包括NAC转录因子SNAC1、乙烯响应因子OsAP37等。这些基因通过调控抗氧化相关基因（如Os03g0815100）和代谢重编程，协同增强耐盐性。

4 讨论

OsMADS31通过三重机制提升耐盐性：①激活抗氧化酶系统减轻氧化损伤；②促进渗透调节物质Pro合成；③调控激素信号与次级代谢通路。该发现为理解MADS-box基因的非发育功能提供新视角，其分子模块可用于设计抗逆作物。

5 结论

本研究首次阐明OsMADS31通过转录调控网络增强水稻耐盐性，其作用机制涉及抗氧化防御、渗透平衡和代谢重塑的多层次协同，为盐碱地水稻育种提供理论依据和基因资源。