PBJ | 宜春学院刘晓龙课题组利用CRISPR/Cas9敲除NADPH氧化酶编码基因OsRbohB提高水稻耐热性
学术
科学
2024-11-03 14:52
湖北
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高温胁迫是抑制水稻产量和降低稻米品质的重要逆境因子，水稻在不同生育期遭受高温胁迫时表现不同的响应，高温胁迫导致水稻体内活性氧(Reactive oxygen species, ROS)过量积累是抑制水稻生产的重要途径之一。
2024年11月1日，Plant Biotechnology Journal在线发表了宜春学院刘晓龙课题组题为“CRISPR/Cas knockout of the NADPH oxidase gene OsRbohB reduces ROS overaccumulation and enhances heat stress tolerance in rice”的研究论文。
刘晓龙博士前期研究表明，极端高温或长时间高温胁迫激发水稻体内ROS过量积累是抑制水稻种子胚芽和胚根生长、导致幼苗萎蔫、降低结实率和淀粉合成能力的重要因素（Liu et al., 2022, 2023）。OsRboh家族基因是水稻ROS产生的主控基因，课题组成员研究发现，OsRbohB(Os09g0438000)在水稻耐高温胁迫响应中最为显著(Liu et al., 2023)。
基于以上研究基础，研究人员利用CRISPR/Cas9技术敲除水稻OsRbohB基因，获得了OsRbohB-KO株系，进一步探究了OsRbohB-KO调控水稻不同生育期耐热性的生理及分子机制。敲除OsRbohB基因显著降低了极端高温或长时间高温胁迫下水稻种子、幼苗、花粉和籽粒的ROS水平，缓解过量的ROS对细胞结构的损伤，并调控多个热激蛋白基因的表达，显著提高水稻的发芽率、幼苗存活率、产量及稻米品质。进一步的分析表明，OsRbohB-KO调控水稻不同生育期耐热性的主要途径具有差异性。在营养生长期，OsRbohB-KO缓解ROS过量积累导致的细胞损伤和提高热激蛋白基因表达水平是提高耐热性的重要途径之一；在生殖生长期，OsRbohB-KO通过缓解ROS过量积累，进一步提高籽粒淀粉合成能力，达到提高产量的目的。超表达OsRbohB引起水稻ROS过量积累和产量的降低。该研究揭示了不同ROS水平调控水稻不同生育期耐热性的分子机制，为耐高温水稻分子育种提供新的途径。
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图：OsRbohB-KO提高水稻不同生育期耐热性的生理及分子机制
宜春学院刘晓龙副教授为本文的第一作者和通讯作者，山东省农业科学院姜昌杰研究员和吉林省农业科学院徐晨助理研究员参与论文的设计与讨论。该研究受到江西省自然科学基金青年项目（20202BABL213046）、重点项目（20232ACB205019）和国家自然科学基金项目（32260803）的资助。
原文链接：
https://doi.org/10.1111/pbi.14500
参考文献：
Liu XL, Zhong X, Liao JP, et al. Exogenous abscisic acid improves grain filling capacity under heat stress by enhancing antioxidative defense capability in rice. BMC Plant Biology. 2023, 23:619.
Liu XL, Ji P, Yang HT, et al. Priming effect of exogenous ABA on heat stress tolerance in rice seedlings is associated with the upregulation of antioxidative defense capability and heat shock related genes. Plant Growth Regulation, 2022, 98(1):23-38.
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