来源：顶尖植物科学研究
脱落酸（ABA）是一种植物内源激素，不仅参与植物生长、气孔开关、种子休眠与萌发等生理活动，还在多种非生物胁迫如干旱、高盐、耐冷等反应中起着重要的作用。植物体内ABA的合成包括从头合成和通过β-葡糖苷酶的快速合成两条途径。目前已经发现，拟南芥中β-葡糖苷酶AtBG1和AtBG2具有水解ABA-葡萄糖脂（ABA-GE）释放ABA的功能。水稻基因组中含有40个β-葡糖苷酶基因，然而水稻中是否也存在参与ABA快速合成的β-葡糖苷酶，其生理功能与分子机制目前都还不清楚。南开大学生命科学学院陈喜文/陈德富团队研究发现，水稻β-葡糖苷酶Os3BGlu6显著影响植株体内的ABA库，在植物的抗旱性和光合作用中发挥着重要作用。
研究中发现，水稻 bglu6 突变体具有植株矮小的表型，叶片中的ABA含量很低，但GA3含量正常，喷洒ABA能部分恢复其矮小表型，其回复株系的表型也得到了恢复。这些结果表明，Os3BGlu6可特异性水解体内ABA-GE以调控ABA浓度。这一结论被体外实验所证实，即从过表达株系中提取的Os3BGlu6酶能特异性地水解外源的ABA-GE产生ABA（图1a）。Os3BGlu6的抗旱性研究显示，bglu6 突变体表现出干旱敏感的表型，回复和过表达植株则表现出与野生型相似或较强的抗旱性，其抗旱性的表型也与生理指标Fv:Fm、RWC（相对水含量）、H2O2和O2-染色相对应。进一步分析表明，Os3BGlu6对抗旱性的作用（图1b）主要通过提高β-葡糖苷酶活性（图1c）、增加体内ABA含量（图1d）、诱导蛋白形成二聚体的形式增加酶活性（图1e）等机制来实现。同时发现，bglu6 缺失突变体叶片的气孔密度增加、气孔开度增大（图1f）。转录组学研究也显示，基因的缺失导致植株即使在正常条件下也产生氧化逆境，从而导致光合能力下降。本研究首次证实了叶绿体的Os3BGlu6蛋白可以显著影响细胞内ABA库，进而影响植株的抗旱性与光合能力。这也是水稻中第一个被鉴定在ABA循环中起作用的β-葡萄糖苷酶，其独特的叶绿体定位赋予其影响气孔密度和光合作用的功能。这些研究结果，为认识水稻ABA动态调节的新机制提供了基础，也为作物的抗旱和高产育种实践提供了新思路。
图1 水稻BGlu6通过影响细胞内ABA库来影响植物的抗旱性和光合能力
该成果于2020年1月9日在线发表于国际植物科学著名学术期刊《New Phytologist》（IF=7.233，doi:10.1111/nph.16416）上，南开大学生命科学学院2016级博士研究生王程亮同学为该论文的第一作者，陈喜文教授和陈德富教授为该论文的共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金(31571760和31570769)、天津市水稻产业技术体系创新项目(ITTRRS2018005)和天津市自然科学基金重点项目(17JCZDJC34000)等项目的资助。
文章链接：https://doi.org/10.1111/nph.16416
来源：gh_14c52a57b006 顶尖植物科学研究
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