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近日，農(nóng)學(xué)院科研團(tuán)隊(duì)在國(guó)際著名期刊《Plant Communications》 （中科院1區(qū)，IF5y=11.8）上發(fā)表了題為“OsNAC10 negatively regulates salt tolerance by repressing the expression ofOsHKT1;5 and reducing recirculation of Na⁺ from shoots to roots in rice”“OsNAC10通過(guò)抑制OsHKT1;5表達(dá)和減少鈉離子從地上部向根部的再循環(huán)負(fù)向調(diào)控水稻的耐鹽性”的研究論文。該研究首次揭示轉(zhuǎn)錄因子OsNAC10在水稻耐鹽中的負(fù)調(diào)控作用，通過(guò)抑制鈉離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因OsHKT1;5的表達(dá)，削弱水稻的耐鹽能力。基于這一機(jī)制，聯(lián)合團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步創(chuàng)制出耐鹽水稻種質(zhì)，為作物耐鹽遺傳改良提供了理論依據(jù)與技術(shù)支撐。

土壤鹽漬化嚴(yán)重威脅全球農(nóng)業(yè)可持續(xù)生產(chǎn)與糧食安全。水稻作為全球超半人口的主糧，其耐鹽性在禾本科作物中相對(duì)較弱，因此提高水稻耐鹽性是有效利用鹽堿地的關(guān)鍵。以往研究表明，NAC轉(zhuǎn)錄因子家族成員多作為“正調(diào)控樞紐”增強(qiáng)植物耐鹽性，但其家族中是否存在“負(fù)調(diào)控”成員及其機(jī)制尚不明確。另一方面，植物通常通過(guò)維持地上部較低的Na⁺濃度來(lái)應(yīng)對(duì)耐脅迫，該過(guò)程主要由HKT類(lèi)離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白調(diào)控。而水稻中的OsHKT1;5在木質(zhì)部Na⁺卸載中發(fā)揮關(guān)鍵作用，然而其上游轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制仍有待闡明。

本研究首先利用基因編輯技術(shù)構(gòu)建了OsNAC10功能缺失突變體，并創(chuàng)制了該基因的過(guò)表達(dá)株系。表型分析表明，在鹽脅迫條件下，OsNAC10敲除突變體表現(xiàn)出更強(qiáng)的耐鹽性：地上部Na⁺積累較少，生物量更高，和存活率顯著增加；相反，過(guò)表達(dá)株系對(duì)鹽脅迫更為敏感，地上部Na⁺含量升高。分子機(jī)制研究表明OsNAC10可直接結(jié)合至OsHKT1;5基因啟動(dòng)子的特定區(qū)域。在正常生長(zhǎng)條件下，這種結(jié)合作用影響不明顯；而在鹽脅迫下，OsNAC10會(huì)與其它激活OsHKT1;5表達(dá)的轉(zhuǎn)錄因子競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合位點(diǎn)，從而抑制OsHKT1;5的轉(zhuǎn)錄。這導(dǎo)致Na⁺在木質(zhì)部卸載受陰，地上部鈉離子積累增加，最終降低水稻的耐鹽性。進(jìn)一步遺傳證據(jù)顯示，OsHKT1;5的功能缺失能夠完全抵消OsNAC10突變所帶來(lái)的耐鹽性增強(qiáng)效應(yīng)，證實(shí)OsNAC10主要通過(guò)調(diào)控OsHKT1;5影響耐鹽性。在鹽土盆栽實(shí)驗(yàn)中，OsNAC10敲除突變體在鹽脅迫下表現(xiàn)更多的單株穗數(shù)，產(chǎn)量損失顯著低于野生型，顯示出良好的育種應(yīng)用前景。綜上所述，該研究系統(tǒng)揭示了OsNAC10作為NAC家族中一個(gè)負(fù)調(diào)控因子參與水稻耐鹽性的新機(jī)制，突破了該家族多為正向調(diào)控作用的認(rèn)知。研究成果不僅完善了水稻耐鹽分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，也為耐鹽水稻精準(zhǔn)育種提供了新的靶點(diǎn)，為鹽堿地高效利用和糧食安全生產(chǎn)提供了新思路。

圖一、水稻OsNAC10和OsHKT1;5在鹽脅迫下的表型圖

圖二、OsNAC10-OsHKT1;5調(diào)控水稻耐鹽性的工作模式圖

浙江農(nóng)林大學(xué)農(nóng)學(xué)院傅良波副教授為論文第一作者，浙江大學(xué)沈秋芳副研究員和湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)吳德志教授為共同通訊作者。浙江大學(xué)張國(guó)平教授對(duì)研究工作給予了重要指導(dǎo)，湖州市農(nóng)科院張新城副研究員等參與了本研究。該研究獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金委、國(guó)家耐鹽堿水稻技術(shù)創(chuàng)新中心、浙江省三農(nóng)九方等項(xiàng)目的資助。

（農(nóng)學(xué)院 傅良波）