OsMYB99通过调节谷物蜡质生物合成和氧化还原平衡来控制稻谷的产量和垩质含量

《Plant Biotechnology Journal》：OsMYB99 Modulates Grain Wax Biosynthesis and Redox Homeostasis to Control Head Rice Yield and Chalkiness

水稻转录因子OsMYB99通过调控蜡质合成基因OsGL1-4和抗氧化基因OsMT2b，增强头米产量并减少米粒白芯。突变体osmyb99表现为蜡层减少、ROS积累、白芯增加和头米产量下降。机制研究表明OsMYB99作为转录激活因子直接结合上述基因启动子，促进蜡质沉积和ROS清除，从而维持米粒水分平衡和正常发育。

　　
水稻颗粒产量（HRY）和米粒白点（chalkiness）是影响稻米质量和市场价值的关键性状。本研究通过基因编辑和分子生物学手段，首次揭示了R2R3-MYB转录因子OsMYB99在调控这两个性状中的核心作用，并解析了其分子机制。

OsMYB99通过双重调控网络维持稻米品质：一方面促进表皮蜡质合成，增强颗粒抗裂能力；另一方面调控活性氧（ROS）代谢，防止胚乳异常死亡。研究显示，OsMYB99基因缺失导致表皮蜡层厚度减少56%-54%，显著降低水分保持能力，使稻粒在干燥过程中更易开裂，最终使糙米产量下降25%以上。同时，该基因缺失造成胚乳ROS积累，引发程序性细胞死亡（PCD），导致白点率高达40%，是野生型的4倍。

在蜡质合成调控方面，OsMYB99直接激活关键蜡合成基因OsGL1-4（OsCER1）。该基因编码醛脱羧酶，负责非常长链烷烃（VLCFA）的合成。基因编辑实验证实，OsGL1-4表达量在Osmyb99突变体中下降70%-80%，导致表皮蜡层缺失，形成可见裂纹。通过透射电镜观察，突变体表皮蜡层厚度仅为野生型的45%，且蜡晶体分布稀疏，形成典型裂纹。

在氧化应激调控方面，OsMYB99通过直接结合OsMT2b启动子区，使其表达量提升3-5倍。OsMT2b作为金属硫蛋白家族成员，负责清除胚乳中的过量ROS。基因编辑实验显示，Osmt2b突变体在相同环境条件下，胚乳ROS水平升高2.3倍，导致异常细胞死亡。荧光标记实验证实，突变体胚乳中 dead cell 比例达35%，显著高于野生型的5%。

研究还发现OsMYB99在种子发育不同阶段具有时空特异性表达。转录组测序显示，该基因在14-20 DAF（开花后天数）的胚乳发育关键期表达量达到峰值，其调控的蜡质合成基因OsGL1-4和ROS代谢基因OsMT2b在相同时期呈现显著协同表达。这种时间节律性调控可能通过响应水分胁迫信号通路（如ABA信号）实现。

该研究首次建立了水稻蜡质合成与氧化应激代谢的调控网络模型：OsMYB99→OsGL1-4→蜡质沉积→水分保持→抗裂性→HRY提升；OsMYB99→OsMT2b→ROS清除→延缓PCD→减少白点。这种双路径调控机制解释了为什么单独影响蜡质合成或ROS代谢的基因（如osgl1-4或osmt2b）无法完全复现Osmyb99突变体的表型。

在应用层面，该发现为稻米改良提供了新策略。通过过表达OsMYB99或其下游蜡合成基因OsGL1-4，可有效增强表皮蜡层厚度（实验显示可提升30%-40%），同时降低OsMT2b抑制剂的应用。这种协同调控机制可减少稻米加工中的破碎率，提高商品价值。此外，研究揭示的蜡质沉积与ROS代谢的关联，为抗逆稻米育种开辟了新方向——通过增强蜡质合成改善耐旱性，同时调控ROS代谢防止高温导致的白点形成。

该研究突破传统认知，将表皮蜡质沉积与胚乳抗氧化系统首次串联，揭示了稻米品质调控的新维度。研究不仅解析了OsMYB99在品质性状中的分子机制，更为作物抗逆改良和品质提升提供了理论依据和技术路线。后续研究可进一步探索OsMYB99与其他蜡合成调控因子（如OsWUS4、OsMYB102）的互作网络，以及该机制在热胁迫条件下的响应模式，这对实现稻米多性状协同改良具有重要意义。