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为探究水稻 PP2CA 基因家族成员功能，研究人员以粳稻品种日本晴为材料研究 OsPP2C68，发现其是 ABA 信号通路负调控因子，参与调节气孔运动并响应干旱和盐胁迫，为水稻抗逆研究提供新视角。
在大自然的舞台上，植物们时刻面临着各种 “挑战”，干旱、高盐、低温等非生物胁迫如同重重难关，严重影响着它们的生长、发育、产量以及生态价值。植物为了应对这些困境，进化出了一套复杂而精妙的信号系统，其中脱落酸（ABA）作为一种关键的应激激素，在介导植物对环境胁迫的反应中发挥着重要作用。ABA 依赖的信号通路包含多个关键成员，而 A 类 2C 蛋白磷酸酶（PP2CAs）则是其中的核心调控因子，它通过与 SnRK2 蛋白激酶等相互作用，精准地调节着 ABA 信号的传递。
水稻作为全球重要的主食作物，养活了数十亿人口。然而，日益恶化的环境问题，如干旱和高盐，对水稻产量造成了严重威胁，直接影响着全球粮食安全。虽然目前在植物中已经鉴定出众多 PP2C 基因，且部分基因在应对非生物胁迫方面的功能已被初步揭示，但水稻 PP2CA 基因家族中 OsPP2C68 的生物学功能仍笼罩在神秘的面纱之下。
为了揭开这层面纱，相关研究人员以粳稻品种日本晴为研究材料，展开了一系列深入研究。研究成果发表在Scientific Reports上，为我们认识水稻的抗逆机制提供了新的线索。
在这项研究中，研究人员运用了多种关键技术方法。利用 CRISPR/Cas9 基因编辑技术构建了 OsPP2C68 基因敲除突变体，以此来探究该基因的功能；借助 qRT-PCR 技术分析基因的表达水平，准确了解 OsPP2C68 在不同组织和胁迫条件下的表达情况；通过亚细胞定位实验确定蛋白在细胞中的定位。
下面让我们详细了解一下具体的研究结果：
- OsPP2C68 基因的克隆与突变体制备：OsPP2C68（LOC_Os09g15670）位于水稻第 9 号染色体，编码 358 个氨基酸，含有 PP2C 结构域。研究人员成功构建了 OsPP2C68 基因敲除突变体 pp2c68-1 和 pp2c68-2，同时尝试构建过表达株系，但过表达植株生长缓慢、叶片发黄并逐渐死亡，无法用于后续研究。
- OsPP2C68 的表达模式与亚细胞定位：通过 RT-qPCR 和 GUS 染色实验发现，OsPP2C68 在水稻的根、茎、花、叶等多个组织中均有表达，在胚胎和胚乳中表达量最高。亚细胞定位实验表明，OsPP2C68 定位于细胞核。
- 不同非生物胁迫下 OsPP2C68 的表达分析：启动子分析显示，OsPP2C68 的启动子区域包含响应 ABA 和茉莉酸甲酯（MeJA）的调控元件。经 ABA、聚乙二醇（PEG）、氯化钠（NaCl）和低温处理后，OsPP2C68 的表达受到诱导。
- OsPP2C68 负向调控 ABA 响应：在含有不同浓度 ABA 的培养基上，OsPP2C68 敲除突变体种子的发芽率显著低于野生型，且突变体幼苗的根长、茎长和鲜重也小于野生型。同时，突变体叶片气孔对 ABA 更为敏感，关闭比例更高，这表明 OsPP2C68 能够抑制 ABA 信号转导，调控气孔运动。
- OsPP2C68 敲除突变体的耐旱性分析：在甘露醇模拟干旱胁迫和 PEG 模拟干旱处理下，OsPP2C68 敲除突变体的根长、茎长、鲜重和存活率均高于野生型。在土壤干旱胁迫实验中，突变体同样表现出更强的耐旱性。进一步研究发现，突变体在干旱胁迫下，脯氨酸（Pro）含量、超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）活性显著增加，丙二醛（MDA）含量和相对电导率降低，同时干旱相关基因的表达发生变化。
- OsPP2C68 敲除突变体的耐盐性分析：在盐胁迫下，OsPP2C68 敲除突变体种子的根长、茎长和鲜重均大于野生型，且突变体幼苗的存活率更高。突变体在盐胁迫下，Pro 含量、SOD 和 CAT 活性显著增加，MDA 含量和相对电导率降低，同时盐胁迫相关基因的表达上调。
综合研究结果与讨论，OsPP2C68 在水稻应对非生物胁迫过程中扮演着重要角色。它作为 ABA 信号通路的负调控因子，参与调节气孔运动，对水稻的干旱和盐胁迫耐受性具有重要影响。敲除 OsPP2C68 基因能够增强水稻对干旱和盐胁迫的耐受性，这为水稻抗逆育种提供了新的理论依据和潜在的基因靶点。然而，目前对于 OsPP2C68 在 ABA 信号通路中与其他蛋白的相互作用机制仍有待进一步研究。未来，深入探究 OsPP2C68 的作用机制，有望为培育更具抗逆性的水稻品种提供有力支持，保障全球粮食安全。
