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发布者:发表时间:2023-03-14阅读量:0

 

202337日,Journal of Experimental Botany在线发表了中南林业科技大学稻谷及副产物深加工国家工程研究中心林亲录教授课题组和湖南大学/湖南杂交水稻研究中心于峰课题组题“Rice FERONIA-LIKE RECEPTOR 3 and 14 Affect Grain Quality by Regulating Redox Homeostasis During Endosperm Development”的研究论文,该研究发现水稻FLR3FLR14通过维持胚乳氧化还原稳态和缓解高温引起的胚乳氧化胁迫来提高稻米品质

随着育种和栽培技术的不断进步,水稻产量稳步增加,然而稻米品质(碾磨和外观,以及面粉的营养、食用和蒸煮品质)受到的关注较少。垩白(Chalkiness)是水稻胚乳中的不透明区域,包括心白、腹白、背白和粉质胚乳类型,主要是由胚乳中淀粉和蛋白质颗粒排列不紧密而引起的一种光学特性,对稻米品质性状和商品价值均产生负面影响。垩白属于复杂的数量性状,受多基因控制,而且易受环境条件影响,这使得垩白基因克隆面临很大挑战。

氧化还原稳态是维持植物正常生长发育的重要生理学基础。在胚乳中,活性氧(ROS)的过度积累会触发程序性细胞死亡(PCD),从而抑制贮藏物质的积累,导致稻米垩白。由氧化胁迫导致的氧化还原稳态失衡是引发籽粒垩白的主要原因。拟南芥受体激酶FERONIAFER)是植物受体激酶CrRLK1L亚家族的明星成员,其在植物生殖生长及免疫过程中均发挥重要作用。综合多组学分析表明,FER可能在氧化应胁迫响应中发挥作用,但还需进一步提供证据来支持该观点。

水稻基因组编码16个类FER受体(FLRs),已被证实参与调节多种农艺性状。该团队之前研究发现flr1flr3flr14敲除突变体的籽粒垩白增加(Wang et al., 2021),然而,垩白形成的潜在机制尚不清楚,尤其是其是否与氧化胁迫有关。基于此,林亲录教授团队发表在Journal of Experimental Botany的最新研究发现了FLR3FLR14在稻米垩白和品质中的重要作用。FLR3FLR14敲除导致贮藏物质异常积累,因而增加了心白籽粒的数量,致使稻米品质降低。反之,FLR3FLR14的过表达降低了稻米垩白度并改善了籽粒品质。

转录组和代谢组分析表明,在flr3flr14籽粒中参与氧化应激反应的基因和代谢产物显著上调。flr3flr14突变体胚乳中活性氧的含量显著增加,而在过表达株系中其含量明显降低。强烈的氧化应激反应诱导胚乳中PCD相关基因的表达和半胱氨酸蛋白酶发挥活性,这进一步加速了PCD进程,引发稻米垩白。此外,FLR3FLR14通过减轻水稻胚乳中的热激氧化胁迫来降低稻米垩白。该研究鉴定出两个维持胚乳氧化还原稳态的稻米品质正调控因子flr3flr14,为水稻品质育种提供了坚实的理论依据,为未来高品质水稻品种的选育提供新的方向。