作者：李雅楠、董振营
水稻是盐敏感植物，在苗期和繁殖阶段最容易受到盐胁迫，当土壤中可溶性盐浓度达到0.3%时即表现出受害症状，导致显著减产和最终植株死亡。在耕地资源日益趋紧的情况下，培育并推广耐高盐的水稻新品种，充分利用大面积的海边滩涂盐碱地和内陆盐碱地，对保障粮食安全具有重大意义。
2023年8月，中国农业科学院作物科学研究所傅彬英研究员和西北农林科技大学赵天永教授团队发表了题为“The bHLH transcription factor gene, OsbHLH38 , plays a key role in controlling rice salt tolerance”的研究论文。该研究通过全基因组关联分析（GWAS）鉴定了一个响应ABA的bHLH家族转录因子基因OsbHLH38，该基因可以通过调控AP2家族转录因子OsDREB2A 的表达，正向调节水稻苗期耐盐性。
在本研究中，研究团队在利用GWAS技术对旱稻种子萌发期ABA敏感性进行评估，从而挖掘旱稻非生物胁迫耐受性的自然变异，并鉴定出ABA敏感性的几个 qtl 和候选基因。
研究人员在310万个单核苷酸多态性(SNPs)位点的基础上，进行主成分分析来研究群体结构，将436份水稻分为三个亚群且不同水稻亚群对ABA敏感性存在很大差异（图1）。
图1. 不同水稻群体萌发过程中脱落酸(ABA)敏感性的群体结构分析及表型变异
对群体结构和遗传关系进行分析，发现自然群体中存在相当大的遗传多样性。在此基础上利用空白处理（CKG）和脱落酸（ABAG）处理下的种子发芽率 (SGR) 以及萌发1 d后的相对发芽率 (REG) 进行关联分析。分析了经过筛选的4个QTL区域内的63个 snp 。鉴定出21个与 snp 对应的候选基因（图2）。通过转录组学分析，基因 Os08g0432800 表达对ABA和其他非生物胁迫具有显著差异。生物信息学分析证实，OsbHLH38 编码bHLH 转录因子。
图2. 对照(CKG)和脱落酸处理(ABAG)条件下种子发芽率及相对发芽率(REG) (ABAG/CKG)的全基因组关联分析
为了探讨不同非生物胁迫对 OsbHLH38 表达的影响，研究人员对不同非生物胁迫下的水稻幼苗 OsbHLH38 的表达模式进行分析。OsbHLH38 的表达量在不同处理下均有所增加，尤其是叶片，但表达模式不同（图3）。实验结果表明，OsbHLH38 的表达受到包括盐胁迫在内的多种非生物胁迫调节。
图3. 不同非生物胁迫下水稻幼苗OsbHLH38的表达模式
为了研究OsbHLH38在非生物胁迫下的生物学功能，研究人员构建了过表达株系与基因敲除株系，发现 OsbHLH38 能够正向调控水稻苗期盐胁迫抗性（图4）。
图4. OsbHLH38转基因品系和野生型(WT)植物对脱落酸(ABA)处理和盐胁迫的表型反应
通过酵母双杂交筛选到互作蛋白OsDREB2A，其是水稻AP2/ERF转录因子 DREBP 亚家族成员，参与水稻非生物胁迫响应。进一步采用酵母单杂交和 ChIP-qPCR 等实验证明OsbHLH38 能够结合到 OsDREB2A 的启动子上调控其表达（图5）。
图5. OsbHLH38与OsDREB2A启动子区结合
这些结果为进一步深入研究水稻ABA敏感性与非生物胁迫耐受性相关的遗传机制奠定了基础。该研究揭示了转录因子基因OsbHLH38 调控水稻盐胁迫应答的新机制，为利用分子设计育种技术耐盐新品种提供了理论基础和基因资源。
原文链接：
https://doi.org/10.1111/jipb.13489
