中國科學院植物所發(fā)現(xiàn)水稻生物鐘調控非生物脅迫適應性的新機制
水稻是我國乃至世界的主要糧食作物之一,也是單子葉植物和農作物研究的主要模式物種,對非生物脅迫極為敏感,探究水稻對非生物逆境適應性的分子機制,完善其應答網(wǎng)絡是提高水稻耐逆性設計育種的基礎。生物鐘多層次調控植物對環(huán)境的適應性,研究水稻生物鐘組分在多種脅迫環(huán)境中的作用機制,對提高水稻在高鹽、干旱等地區(qū)的產量具有重要意義。脫落酸(abscisic acid,ABA)信號在響應高鹽、干旱等非生物脅迫環(huán)境中也發(fā)揮著重要作用。然而,水稻生物鐘組分是否參與調控脫落酸信號網(wǎng)絡從而適應非生物脅迫環(huán)境尚不清楚。
中國科學院植物研究所王雷研究組發(fā)現(xiàn)生物鐘核心組分OsCCA1(Oryza sativa CIRCADIAN CLOCK ASSOCIATED 1)正向調控水稻對高鹽、干旱以及滲透脅迫的適應性,其功能缺失的突變體導致對多種逆境脅迫更加敏感。此外,高鹽環(huán)境直接導致oscca1突變體的產量嚴重降低。研究通過DAP-seq結合RNA-seq的聯(lián)合分析,共篩選出692個OsCCA1的直接靶基因。研究發(fā)現(xiàn),OsCCA1在高鹽環(huán)境中參與ABA信號通路,調控著多個A類OsPP2Cs成員以及下游bZIP類轉錄因子如OsbZIP46的表達,進而激活它們在多種逆境中高水平的轉錄。因此,oscca1突變體中諸多脅迫應答相關基因的表達不能有效地被激活,導致水稻對脅迫環(huán)境更加敏感。另外,oscca1材料對外源施加的脫落酸更敏感,低濃度條件下株高受到顯著的抑制作用,高濃度直接導致幼苗存活率明顯降低。該成果進一步說明OsCCA1直接參與脫落酸信號通路,當其突變以后會導致脫落酸信號傳導受阻,使水稻對脫落酸更加敏感。該研究系統(tǒng)解析了生物鐘核心組分OsCCA1協(xié)調脫落酸信號網(wǎng)絡增強水稻對多種非生物逆境脅迫適應的分子機制。
該研究進一步揭示了植物生物鐘系統(tǒng)調控非生物脅迫適應性的分子網(wǎng)絡,為生物鐘調控水稻耐逆性提供了新的理論依據(jù),并為研發(fā)具有多重抗逆性的水稻品種提供了設計育種的靶點和優(yōu)質遺傳資源。
5月4日,相關研究成果在線發(fā)表在Plant Physiology上。研究工作得到國家自然科學基金面上項目、國家重點研發(fā)計劃和中科院戰(zhàn)略性先導科技專項(B類)等的支持。