褪黑素介导水稻铜胁迫响应的新机制

近日，在国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金等项目资助下，广东省农业科学院农业质量标准与监测技术研究所研究员陈光团队联合郑州大学农业与生物制造学院副研究员韩慧敏等，研究揭示了褪黑素介导水稻铜胁迫响应的新机制。相关成果发表于《松果体研究杂志》（Journal of Pineal Research）。 褪黑素作为一种植物次生代谢产物，在环境胁迫应答过程中发挥重要作用，但褪黑素缓解水稻过量铜（Cu）毒害的潜在生理和分子机制尚不明确。 该研究发现，与单独Cu处理相比，外源施加褪黑素增加了根系和地上部生物量，降低了根系对Cu的吸收能力及植株体内Cu浓度，有效增强了水稻对Cu胁迫的耐受性。通过转录组分析，鉴定到一个响应Cu胁迫的关键转录因子OsCSA。与野生型相比，OsCSA过表达株系对过量Cu的耐受性显著增强，表现为褪黑素含量增加，抗氧化基因OsCATC、OsAPXs表达以及CAT、SOD和APX活性提高，H2O2和MDA含量降低。OsCSA敲除植株则表现出相反结果，且外源施加MT可挽救其过量Cu敏感表型。 进一步研究发现，OsCSA直接结合到OsCOMT12的启动子区域并上调其表达。在Cu胁迫下，OsCOMT12敲除植株中也观察到Cu浓度和ROS积累显著增加，与OsCSA敲除株系中的结果一致。此外，在OsCSA过表达水稻背景中敲除OsCOMT12，抵消了OsCSA对Cu胁迫耐受性的正向效应。这些发现确立了OsCSA-OsCOMT12调控模块作为褪黑素介导的水稻Cu胁迫响应新机制，为耐Cu作物遗传改良提供了靶标。