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我國(guó)科學(xué)家闡析水稻適應(yīng)高鐵紅壤土的分子機(jī)制
作者：田瑞穎      來(lái)源：中國(guó)科學(xué)報(bào)
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近日，中國(guó)科學(xué)院植物研究所研究員劉春明等與合作者闡析了水稻適應(yīng)高鐵紅壤土的分子機(jī)制。相關(guān)研究成果發(fā)表于《新植物學(xué)家》。
紅壤土富含F(xiàn)e3+，我國(guó)的紅壤土主要分布在長(zhǎng)江以南地區(qū)，總面積達(dá)218萬(wàn)平方公里，是栽培水稻的主要起源和馴化地。鐵作為多種蛋白質(zhì)的重要輔助因子，是所有生物體中不可或缺的微量金屬元素。植物光合作用中的電子傳遞過(guò)程對(duì)鐵有較高的需求。然而，土壤中鐵含量過(guò)高會(huì)阻礙植物的正常生長(zhǎng)。長(zhǎng)期在紅壤土生長(zhǎng)的水稻對(duì)高鐵毒害有一定抵抗力，但是其機(jī)理并不清楚。
為了解析水稻在紅壤環(huán)境中的適應(yīng)性生長(zhǎng)機(jī)制，研究人員將化學(xué)誘變處理后的第三代水稻突變?nèi)后w分別種植于具有典型褐土的北京和具有典型紅壤土的海南，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)紅壤敏感突變體rss1。該突變體在褐土種植條件下可以健康生長(zhǎng)和結(jié)實(shí)，但在紅壤土種植則呈現(xiàn)遲滯、幼葉失綠、分蘗數(shù)減少及不育等表型。進(jìn)一步分析表明，在紅壤種植條件下，rss1地上部分鐵濃度顯著升高，而銅濃度顯著降低。圖位克隆結(jié)果表明，rss1的紅土敏感表型是由一個(gè)SPL家族轉(zhuǎn)錄因子基因突變引起。該基因編碼OsSPL9轉(zhuǎn)錄因子，在葉片和根的維管組織中高表達(dá)。精準(zhǔn)控制的水培實(shí)驗(yàn)顯示，在高鐵條件下rss1突變體表現(xiàn)出缺銅表型，且該表型可通過(guò)提高水培液中銅含量或過(guò)表達(dá)銅轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白OsYSL16得到部分恢復(fù)。生化分析證實(shí)，OsSPL9通過(guò)直接結(jié)合銅轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的啟動(dòng)子區(qū)域，激活其表達(dá)。
這一研究結(jié)果表明在紅壤土種植條件下，水稻通過(guò)在根部表面形成鐵膜以抵御高鐵毒害，但該過(guò)程同時(shí)抑制了銅的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)，導(dǎo)致銅缺乏。在自然馴化過(guò)程中，OsSPL9在維管束的高效表達(dá)激發(fā)了銅轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的表達(dá)水平，促進(jìn)了銅的吸收和運(yùn)輸，從而克服高鐵引起的銅缺乏問(wèn)題。
該研究不僅提升了我們對(duì)水稻鐵-銅穩(wěn)態(tài)調(diào)控的理解，也為高鐵紅壤區(qū)作物遺傳改良提供了理論依據(jù)。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1111/nph.70074
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