水稻生长素响应因子OsARF12通过整合ROS清除、光合保护与Na+/K+稳态调控盐胁迫耐受性的机制研究

《Crop Design》：The rice auxin response factor OsARF12 coordinates ROS scavenging, photosynthetic protection, and Na+/K+ homeostasis under salt stress

本研究针对水稻盐胁迫耐受性调控机制不清的问题，通过系统解析生长素响应因子OsARF12在盐胁迫下的功能，发现其过表达能显著提升水稻存活率，增强ROS清除能力（SOD/CAT活性上升，H2O2/MDA含量下降），维持光合效率（Fv/Fm升高）及Na+/K+稳态（通过直接激活OsSOS1/OsHKT1;5表达）。该研究揭示了OsARF12作为分子枢纽整合激素信号与逆境应答的新机制，为耐盐水稻育种提供了关键靶点。

　　

随着全球土壤盐渍化问题日益严重，水稻作为主要粮食作物面临严峻的减产威胁。盐胁迫会引发植物细胞内钠离子（Na⁺）过量积累、活性氧（ROS）爆发以及光合系统损伤，最终导致生长抑制甚至死亡。尽管已知生长素信号通路在植物发育和逆境响应中发挥重要作用，但水稻中生长素响应因子（ARF）如何调控盐胁迫耐受性仍不清楚。近期发表于《Crop Design》的研究首次系统揭示了OsARF12通过整合ROS清除、光合保护及离子稳态三条通路协同增强水稻耐盐性的分子机制。

研究团队以日本晴水稻为材料，构建了OsARF12过表达（OsARF12-OX）和CRISPR-Cas9敲除（OsARF12-KO）株系，通过表型分析、生理指标检测、转录组测序（RNA-seq）及分子互作验证等技术手段展开研究。关键实验包括：利用酵母单杂交（Y1H）和染色质免疫沉淀（ChIP-qPCR）验证转录因子与靶基因启动子的直接结合；通过电泳迁移率实验（EMSA）确认DNA结合特异性；借助双荧光素酶报告系统（LUC）检测转录激活活性。

3.1 OsARF12正向调控水稻耐盐性

盐处理下OsARF12表达显著上调，其过表达株系在200 mmol L^?1 NaCl胁迫后存活率较野生型（WT）提高44.10%–51.04%，而敲除株系下降53.57%–62.50%。生物量分析表明过表达株系能有效缓解盐胁迫引起的生长抑制。

3.2 OsARF12维持ROS稳态

过表达株系通过提升超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）活性（分别增加33.29%–34.73%和11.83%–11.87%），降低H₂O₂和丙二醛（MDA）含量，增强抗氧化能力，减轻氧化损伤。

3.3 OsARF12保护光合功能

叶绿素荧光成像显示过表达株系在盐胁迫下保持较高的光系统II（PSII）最大光化学效率（F_v/F_m）和光化学淬灭系数（qP），减少光损伤指标Y(NO)，说明其能维持光合机构稳定性。

3.4 OsARF12调控Na⁺/K⁺稳态

离子含量测定发现过表达株系地上部Na⁺含量降低24.70%–29.10%，K⁺含量升高18.26%–22.33%，Na⁺/K⁺比值下降32.40%–38.90%，而敲除株系根部Na⁺积累增加。

3.5 转录组揭示OsARF12调控网络

RNA-seq分析发现过表达株系中7640个差异表达基因富集于ROS清除、离子稳态、光合作用和ABA响应通路，包括抗氧化基因（OsAPX2、OsCATC）、离子转运基因（OsHKT1;5、OsSOS1、OsNHX3）及ABA信号组分（OsSAPK4、OsNAC3）。

3.6 OsARF12直接激活OsSOS1和OsHKT1;5转录

分子实验证实OsARF12通过结合OsSOS1启动子的TGTCCC motif和OsHKT1;5启动子的TGTCTC motif，直接激活这两个关键离子转运基因的表达，从而调控Na⁺外排和分配。

研究结论表明，OsARF12作为转录激活因子，通过直接调控OsSOS1和OsHKT1;5的表达，协同增强ROS清除能力、保护光合系统并维持离子稳态，从而提升水稻耐盐性。该研究不仅阐明了生长素信号与盐胁迫应答的交叉调控机制，还为耐盐水稻品种的分子设计育种提供了新策略。讨论部分进一步指出，OsARF12与玉米ZmARF3、小麦TaARF7等直系同源基因功能保守，暗示其在不同作物耐盐育种中具有广泛应用潜力。未来需深入解析OsARF12与其他ARF成员的功能冗余性及其与钙信号等通路的互作网络。