東北地理所在水稻OsOR基因調(diào)控類胡蘿卜素累積、分蘗及抗逆方面取得新進(jìn)展
類胡蘿卜素是植物中重要的色素，也是維他命A合成的前體物質(zhì)，有利于人體視力的建成。此外，類胡蘿卜素也是某些重要植物激素，如脫落酸（ABA）和獨(dú)腳金內(nèi)酯（SL）的前體物質(zhì)。Orange (Or)基因是在天然突變的菜頭呈橘黃色的花椰菜中發(fā)現(xiàn)的,其作為調(diào)控類胡蘿卜素累積的重要因子在雙子葉植物中已見(jiàn)報(bào)道；然而對(duì)于單子葉植物水稻的OsOR基因的調(diào)控機(jī)制尚未明確，加之水稻是重要的糧食作物，大米胚乳中缺乏多種維生素和礦物質(zhì)，其中就包含類胡蘿卜素。因此研究水稻中類胡蘿卜素含量的調(diào)控機(jī)制能為功能性大米的研發(fā)提供理論基礎(chǔ)，從而更好的改善人們膳食中營(yíng)養(yǎng)成分。
近日，東北地理所方軍團(tuán)隊(duì)在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Plant Science上在線發(fā)表了題為“Overexpression of the rice ORANGE gene OsOR negatively regulates carotenoid accumulation, leads to higher tiller numbers and decreases stress tolerance in Nipponbare rice”的研究論文，通過(guò)超量表達(dá)OsOR以及構(gòu)建Cas9敲除突變體深入解析了OsOR的生物學(xué)功能和作用機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)超量表達(dá)水稻OsOR基因的水稻植株在分蘗前期葉片表現(xiàn)出白色條紋，證實(shí)該現(xiàn)象可能由于OsOR通過(guò)調(diào)控類囊體的發(fā)育從而減少了類胡蘿卜素的累積而導(dǎo)致。研究還發(fā)現(xiàn)OsOR能夠通過(guò)調(diào)控在水稻分蘗過(guò)程中起重要作用的植物激素SL的合成和信號(hào)傳遞途徑，從而影響水稻的分孽。此外，超量表達(dá)OsOR對(duì)鹽脅迫和冷脅迫更為敏感，說(shuō)明OsOR還參與水稻對(duì)非生物脅迫的應(yīng)答過(guò)程。該研究闡述了與花椰菜中OR不一樣，水稻中組成型超量表達(dá)OsOR在葉片組織中對(duì)類胡蘿卜素積累起負(fù)調(diào)控作用，但對(duì)分蘗有促進(jìn)作用，同時(shí)也降低了抗逆能力。為進(jìn)一步利用OsOR基因的功能（如組織特性表達(dá)OsOR基因）打下了基礎(chǔ)。
圖1. OsOR超量表達(dá)植株的表型分析
(A) 野生型植株與超量表達(dá)植株中OsOR基因的表達(dá)量分析。(B) 葉片中葉綠素含量檢測(cè)。(C) 野生型植株與超量表達(dá)植株的株高分析。(D) 野生型與超量表達(dá)OsOR基因的愈傷組織表型分析。(E) 分蘗早期表型分析。 (F)分蘗晚期表型分析。(G) 成熟期表型分析。(H) 暗處理下表型分析。
以上成果由中科院東北地理所方軍團(tuán)隊(duì)與中科院遺傳所儲(chǔ)成才團(tuán)隊(duì)等合作完成，東北地理所水稻分子育種學(xué)科組助理研究員于洋、東北農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士于紀(jì)洋、中國(guó)科學(xué)院上海植物生理生態(tài)研究所助理研究員王慶龍為論文的共同第一作者，儲(chǔ)成才和方軍研究員為論文的共同通訊作者，相關(guān)工作得到了國(guó)家區(qū)域創(chuàng)新發(fā)展聯(lián)合基金（U20A2025）、黑龍江省自然科學(xué)基金（YQ2019C027）和中科院先導(dǎo)項(xiàng)目（XDA24020301）的資助。
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