土壤盐碱化是制约农业生产的主要逆境，水稻是我国主要粮食作物，可作为盐碱地改良和利用的首选作物，因此揭示水稻耐盐碱分子机制对于培育强耐性新品种意义重大。钙调蛋白（Calmodulin，CaM）作为真核细胞Ca2+高效的主要转化器，可捕获由盐离子引发的Ca2+，作用于转录因子或蛋白激酶等，从而调控下游基因表达。近日，国家耐盐碱水稻技术创新中心（简称耐盐碱水稻国创中心）吴德志团队联合浙江大学张国平团队在Plant，Cell & Environment期刊上发表题为“OsCaM1-1 is responsible for salt tolerance by regulating Na+/K+ homeostasis in rice”的研究论文，揭示了水稻钙调蛋白OsCaM1-1感知并传递盐胁迫下Ca2+信号，调控下游转录因子和转运蛋白基因表达影响钠钾离子平衡，从而正向调控水稻耐盐性的分子机制。
图1. OsCaM1-1敲除突变体耐盐表型
该发现OsCaM1-1 是水稻根部响应盐胁迫的优势表达基因，其表达量高于 OsCaM1-2和OsCaM1-3同源基因。在水稻中敲除OsCaM1-1显著降低耐盐性，而过表达该基因则其耐盐性提高（图1），表明OsCaM1-1正向调控水稻耐盐性。另外，与野生型相比，OsCaM1-1基因敲除突变体地上部Na+浓度及Na+/K+比显著上升，而根中K+和Ca2+外流则显著下降，表明 OsCaM1-1 参与调控盐胁迫下根系对Na+和K+的吸收或转运，也揭示了Ca2+信号在Na+和K+稳态调节中的关键作用。
为揭示其分子调控机制，利用RNA-seq从OsCaM1-1突变体中鉴定到452个受盐和OsCaM1-1共同调控的差异表达基因（DEGs）。其中，OsABI5、OsWRKY48、OsWRKY76和OsbHLH120等转录因子很可能是OsCaM1-1操纵离子平衡的关键基因。进一步利用qRT-PCR分析表明，OsCaM1-1突变体中Na+转运蛋白基因的表达模式与野生型存在显著差异，包括OsHKT1;1、OsHKT1;5、OsSOS1、OsNHX1和OsNHX4等。综上，本研究揭示了OsCaM1-1通过介导钠钾离子稳态正向调节水稻耐盐性的分子新机制，为破解水稻Ca2+信号转导耐盐调控网络提供了新的思路（图2）。
图2. OsCaM1-1介导的耐盐分子机制模型
国家耐盐碱水稻技术创新中心由湖南省人民政府、海南省人民政府共同组织，湖南杂交水稻研究中心牵头，联合海南大学、青岛海水稻研究发展中心有限公司、广东海洋大学、江苏省农业科学院、黑龙江省农业科学院、新疆农业科学院、湖南农业大学、湖南大学、袁隆平农业高科技股份有限公司等国内11家优势单位共同建设，总部设在海南三亚崖州湾科技城，在长沙建设种业研究中心、海口建设生理调控研究中心、青岛建设盐碱地改良研究中心，在广东湛江、江苏南京、新疆温宿、黑龙江哈尔滨分别建设华南、华东、西北、东北4个区域中心。国创中心以耐盐碱水稻核心种质创制、耐盐碱水稻重要品种培育为核心，构建耐盐碱水稻前沿引领技术、关键共性技术的研发应用体系，面向我国不同类型盐碱地的耐盐碱水稻品种培育与种植推广，辐射并服务东南亚、非洲“一带一路”沿线国家的盐碱地种稻需求，践行“藏粮于技、藏粮于地”国家战略。
