The Crop Journal | 中国科学院东北地理与农业生态研究所在脱落酸调控水稻耐盐碱机制方面取得新进展

    ▼土壤盐碱化是限制世界作物生产的主要因素之一。

    据世界粮农组织估计，全球约有8.3 × 108公顷的盐渍化土地，其中一半以上是碱性盐渍土。

    中国东北松嫩平原是世界三大苏打盐碱土集中分布区之一，约有7.6 × 106公顷的盐渍化土壤，占土地面积的6.2%，而且还在以每年约2万公顷的速度增加，对农业生产和粮食安全造成严重威胁。

    盐碱胁迫是一种复杂的非生物胁迫，包括高渗透胁迫、高盐浓度带来的离子毒害以及高pH带来的碱胁迫。

    中国科学院东北地理与农业生态研究所盐渍土生态与改良研究团队长期致力于水稻耐盐碱机理研究。

    前期研究揭示了碱胁迫（Na2CO3）是抑制水稻生长的关键胁迫因子，通过引起根系中活性氧（reactive oxygen species，ROS）过量积累而导致水稻根系损伤和幼苗枯萎。

    研究还发现，外源脱落酸（abscisic acid, ABA）对水稻耐碱性具有显著的诱导效应（priming effect），能够通过提高下游抗氧化防御能力、抑制ROS的过量积累和上调非生物胁迫基因的转录表达来提高水稻对碱胁迫的抗性和苏打盐碱水田中水稻的产量。

    但因其昂贵的价格和在土壤环境中不稳定的化学特性，ABA在农业生产中尚未广泛应用。

    因此，调控水稻内源ABA代谢途径将有助于解决上述限制性问题。

    近日，中国科学院东北地理与农业生态研究所盐渍土生态与改良研究团队联合山东省农业科学院在The Crop Journal在线发表了题为“RNAi-mediated suppression of the abscisic acid catabolism gene OsABA8ox1 increases abscisic acid content and tolerance to saline-alkaline stress in rice (Oryza sativa L.)”的研究论文。

    研究通过转基因手段抑制水稻ABA分解基因OsABA8ox1的表达（OsABA8ox1-kd），创制了高内源ABA含量的OsABA8ox1-kd水稻株系（图1-D）。

    在重度苏打盐碱土壤（pH = 9.29, EC = 834.4 μS cm−1）条件下，OsABA8ox1-kd显著提高了水稻秧苗的存活率和植株及根系的生长发育（图1-A和B）。

    在收获期，OsABA8ox1-kd显著增加了穗数、穗部枝梗数、结实率和千粒重等产量构成因素指标及最终产量（图1-C）。

    该研究指明了通过抑制OsABA8ox1基因适度提高水稻内源ABA水平，从而提高苏打盐碱土中水稻的生长发育及产量的新途径，并为培育耐盐碱水稻新品种提供了重要基因资源。

    图1 沉默表达OsABA8ox1基因提高重度苏打盐碱土壤（pH = 9.29, EC = 834.4 μS cm−1）水稻的存活率及谷物产量。

    注：D4和NB分别为东稻4号和日本晴的野生型株系；D4#2和D4#4为东稻4号的转基因株系；NB#4和NB#7为日本晴的转基因株系。

    作者和基金项目中国科学院东北地理与农业生态研究所毕业的刘晓龙博士为该文第一作者，梁正伟研究员和海外特聘研究员姜昌杰为共同通信作者。

    该研究得到国家重点研发计划项目（SQ2018YFD020224）、中国科学院STS网络服务计划项目（KFJ-SW-STS-141-01）、中国科学院先导专项（XDA080X0X0X）和中国科学院创新团队国际合作计划项目（KZZD-EW-TZ-07-08）的资助。

    中国科学院东北地理与农业生态研究所盐渍土生态与改良研究组主要致力于土壤苏打盐碱化机理与盐碱地高效治理、植物耐盐碱机制与盐碱地生态恢复和耐盐碱水稻育种与高产稻作技术等方面的研究工作。

    该团队曾在2010年和2015年两度获国家科技进步二等奖，在Land Degradation & Development、Field Crops Research、Plant and Soil和Frontiers in Plant Science等国内外学术期刊上发表多篇重要研究论文。

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