华南师范大学唐晓艳教授课题组揭示鸟氨酸δ-氨基转移酶OsOAT参与调控水稻生殖发育和低温耐受的分子机制

来源：植物科学最前沿

低温胁迫是限制水稻生产及其在寒冷气候地区扩展种植的主要制约因素之一。水稻在苗期和孕穗期均可因为低温胁迫，导致最终产量大幅度降低。苗期低温可显著抑制水稻的营养生长，而孕穗期低温冷害可导致花序顶端退化、小穗发育异常、花粉育性下降、结实率降低等更严重的后果。近日，华南师范大学唐晓艳教授课题组在国际知名植物学期刊《The Plant Journal》发表题为“Ornithine δ-aminotransferase OsOAT is critical for male fertility and cold tolerance during rice plant development”的研究论文。

该论文通过筛选籼稻黄华占EMS诱变突变体库，获得了一株温敏型雄性不育突变体s44，通过大田多批材料表型考察及培养箱控光/温实验，发现s44突变体的育性主要受温度影响，高温可促进突变体育性的恢复。通过基于二代测序技术快速定位突变基因的SIMM方法和转基因遗传验证，确定其突变基因为编码鸟氨酸δ-氨基转移酶基因OsOAT。进一步通过转录组学分析发现，正常条件下OsOAT基因突变和低温处理野生型黄华占造成的基因表达谱变化相似，暗示突变体在正常条件下的生理状态可能与野生型处于冷胁迫状态相似，突变表现出明显的冷害表型。

图1 s44突变体表型及基因定位

该研究通过大量水稻品种重测序数据分析及实验验证，发现籼稻黄华占（HHZ）和粳稻武运粳（WYG）在OsOAT基因结构和低温耐受性上存在明显差异。OsOAT基因的表达在WYG中受到低温诱导，而在HHZ中不受低温诱导。籼稻品种中包含WYG型和HHZ型OsOAT基因，而粳稻品种大多为WYG型OsOAT基因。OsOAT基因为HHZ型的品种主要分布于低纬度地区，而具有WYG型OsOAT基因的品种在低纬度和高纬度地区均有分布。除此之外，具有WYG型OsOAT基因的籼稻品种在生殖期低温胁迫下的结实率总体上高于具有HHZ型OsOAT基因的籼稻品种。以上结果说明，在水稻驯化和育种过程中，WYG型OsOAT基因受到显著的低温适应性选择，对提高水稻低温耐受性及其推广具有重要的应用价值。此外该研究还发现突变体苗期对低温更敏感，过表达OsOAT后可有效增强植株苗期低温耐受性。

图2 WYG型OsOAT和HHZ型OsOAT赋予水稻不同的低温响应和耐受性

该研究通过大量水稻品种重测序数据分析及实验验证，发现籼稻黄华占（HHZ）和粳稻武运粳（WYG）在OsOAT基因结构和低温耐受性上存在明显差异。OsOAT基因的表达在WYG中受到低温诱导，而在HHZ中不受低温诱导。籼稻品种中包含WYG型和HHZ型OsOAT基因，而粳稻品种大多为WYG型OsOAT基因。OsOAT基因为HHZ型的品种主要分布于低纬度地区，而具有WYG型OsOAT基因的品种在低纬度和高纬度地区均有分布。除此之外，具有WYG型OsOAT基因的籼稻品种在生殖期低温胁迫下的结实率总体上高于具有HHZ型OsOAT基因的籼稻品种。以上结果说明，在水稻驯化和育种过程中，WYG型OsOAT基因受到显著的低温适应性选择，对提高水稻低温耐受性及其推广具有重要的应用价值。此外该研究还发现突变体苗期对低温更敏感，过表达OsOAT后可有效增强植株苗期低温耐受性。

论文链接：

https://doi.org/10.1111/tpj.16194