中国科学家分析了水稻适应高铁红壤土的分子机制

近日，中国科学院植物研究所研究员刘春明和合作伙伴分析了水稻适应高铁红壤土的分子机制。相关研究成果发表在《新植物学家》上。

红壤土中含有Fe3 ，我国红壤土主要分布在长江以南，总面积218万公顷，是水稻栽培的主要起源和驯化地。铁作为各种蛋白质的重要辅助因素，是所有生物体中不可缺少的微量金属元素。植物光合作用中的电子传输过程对铁的需求很高。然而，土壤中铁含量过高会干扰植物的正常生长。常年生长在红壤土中的水稻对高铁的危害有一定的抵抗力，但其机制尚不清楚。

为了分析红壤环境中水稻的适应性生长机制，研究人员在北京和海南种植了典型的棕色土壤，发现了红壤敏感突变体rss1。突变体在褐土种植条件下可以健康生长和牢固，但在红壤土种植中，表现为迟滞、幼叶失绿、分荚减少和不孕。进一步分析表明，在红壤种植条件下，rss1地面部分铁浓度显著增加，铜浓度显著降低。根据图位复制结果，rss1的红土敏感表型是由SPL家族转录因子的基因变异引起的。OSSPL9转录因子的基因编码，在叶片和根的维管组织中表达得很高。精确控制的水养护试验表明，rss1突变体在高速铁路环境下表现为缺铜表型，通过提高水养护液中的铜含量或表达铜转运蛋白OSYSL16，可以部分恢复。生化分析证实，OSSPL9通过直接结合铜转运蛋白的启动子区域激活其表达。

结果表明，在红壤土种植条件下，大米在根表面形成铁膜，以抵抗高铁的危害，但该过程抑制了铜的吸收和运输，导致铜缺乏。在自然驯化过程中，OSSPL9在管束中的有效表达激发了铜转运蛋白的表达水平，促进了铜的吸收和运输，从而克服了高铁造成的铜缺乏问题。

本研究不仅提高了我们对水稻铁-铜稳态调节的理解，而且为高铁红壤区作物遗传改良提供了理论依据。