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为揭示水稻碱性胁迫机制，研究人员聚焦 OsJAZ10，发现其增强水稻耐碱性，助力培育耐碱品种。
水稻是世界上最重要的粮食作物之一，全球数十亿人的温饱都依赖于它。然而，水稻的产量和质量却常常受到各种环境因素的挑战，其中碱性胁迫就是一个 “大麻烦”。在全球范围内，碱性苏打土壤占据了约 8330 万公顷的土地，约占地球陆地面积的 8.7%。在我国东北地区的西部，仅松嫩平原就有 390 万公顷的盐碱地，占全国盐碱地总面积的 70% 以上。这些盐碱地中的碱性物质，如
NaHCO3和
Na2CO3，会给水稻带来离子毒性、氧化应激等一系列伤害，严重影响水稻的生长和产量。因此，揭示水稻在碱性胁迫下的生理和分子机制，对于提高水稻产量、保障粮食安全至关重要。
为了解开这个谜题，吉林医药学院公共卫生学院等研究机构的研究人员将目光聚焦在了一个名为 OsJAZ10 的基因上，展开了一系列深入研究。他们的研究成果发表在了《Rice》杂志上，为我们理解水稻应对碱性胁迫的机制提供了新的视角。
研究人员在此次研究中，主要运用了以下关键技术方法：首先，通过构建植物表达载体和水稻转化技术，成功获得了 OsJAZ10 过表达的水稻植株。然后，利用代谢组学技术，对野生型（WT）和过表达植株在不同处理下的代谢物进行全面分析。同时，采用定量实时荧光定量 PCR（qRT-PCR）技术，检测相关基因的表达水平，从而深入探究 OsJAZ10 在水稻应对碱性胁迫中的作用机制。
下面来看看具体的研究结果：
- OsJAZ10 过表达植株对碱性胁迫的表型响应：研究人员用 40 mM NaCl、20 mM Na2CO3和 40 mM NaHCO3处理 14 天龄的 WT 和 OsJAZ10 过表达（OsJAZ10-OE）幼苗 36 小时。结果发现，在 NaCl 胁迫下，WT 和 OsJAZ10-OE 植株的叶片仅有萎蔫现象，含水量无显著差异；但在碱性胁迫下，幼苗受损更严重，不过 OsJAZ10-OE 植株的存活率和含水量均显著高于 WT 植株，这表明 OsJAZ10-OE 植株对碱性胁迫的耐受性更强。
- OsJAZ10-OE 植株在碱性胁迫下的生理变化：在碱性胁迫 36 小时后，水稻幼苗的丙二醛（MDA）含量会增加，不过 OsJAZ10-OE 植株在Na2CO3和NaHCO3胁迫下，MDA 积累显著低于 WT 植株，说明 OsJAZ10 能减轻碱性胁迫下的膜脂过氧化。此外，在Na2CO3胁迫下，OsJAZ10-OE 植株主要通过积累可溶性糖（Ss）来维持细胞渗透压平衡，且其超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）活性显著高于 WT 植株，表明 OsJAZ10 能保护这些抗氧化酶，增强水稻对碱性胁迫的抵抗能力。
- OsJAZ10 对 JA 生物合成的负调控作用：实验发现，OsJAZ10 转基因株系中的 JA 含量低于 WT 株系，且在胁迫下，WT 株系的 JA 含量显著降低，尤其是在Na2CO3胁迫下。通过 qPCR 分析发现，OsJAZ10 能抑制 OsMYC2、OsLOX7 和 OsAOS3 等基因的表达，这表明 OsJAZ10 通过抑制 JA 响应基因的表达，负调控 JA 生物合成信号通路。
- 碱性胁迫下 WT 和 OsJAZ10-OE3 株系的综合代谢物分析：通过非靶向代谢组学分析发现，OsJAZ10 过表达改变了水稻的代谢物水平，碱性胁迫对水稻幼苗代谢物水平的影响更大。共鉴定出 1981 种代谢物，主要分为 14 类。进一步的差异代谢物分析表明，碱性胁迫下，WT 和 OsJAZ10-OE 植株的代谢途径存在显著差异，且 OsJAZ10 在碱性胁迫下对某些代谢途径起到了正调控作用。
- OsJAZ10 对水稻幼苗碱性胁迫下有机酸积累的调控：研究发现，碱性条件促进了水稻幼苗中有机酸的积累，且 OsJAZ10 在调节碱性条件下有机酸积累中起关键作用。在Na2CO3和NaHCO3胁迫下，OsJAZ10-OE 植株积累了更多的柠檬酸和 DL - 苹果酸等有机酸，同时相关合成酶基因的表达也发生了变化，表明 OsJAZ10 在调节有机酸合成途径中发挥着复杂的作用。
- OsJAZ10 对水稻幼苗碱性胁迫下氨基酸积累的调控：代谢组学分析显示，OsJAZ10 过表达促进了水稻在盐碱胁迫下多种氨基酸的积累，如 DL - 丝氨酸、DL - 谷氨酰胺等。同时，相关氨基酸代谢关键基因的表达也受到 OsJAZ10 的调控，这表明 OsJAZ10 在调节水稻幼苗碱性胁迫下的氨基酸代谢中发挥着重要作用。
- 碱性胁迫下综合代谢网络分析：基于文献和代谢组学数据，研究人员总结出了一个代谢途径，包括三羧酸（TCA）循环、脂质代谢、碳固定等。在碱性胁迫下，OsJAZ10 影响了多个代谢途径中的代谢物水平，进而调节水稻的代谢过程，增强对碱性胁迫的耐受性。
在讨论部分，研究人员深入探讨了 OsJAZ10 在响应碱性胁迫中的作用机制。OsJAZ10 可能通过抑制 JA 生物合成和信号转导途径中的相关基因表达，如 OsMYC2、OsLOX7 和 OsAOS3，来调节水稻对碱性胁迫的响应。同时，它还参与了有机酸和氨基酸的生物合成与代谢过程，这些代谢物的积累有助于调节水稻内部的 pH 值，减轻碱性胁迫的伤害。此外，与其他植物中的 JAZ 蛋白相比，OsJAZ10 在碱性胁迫下的调控机制存在差异，这为进一步研究 JAZ 蛋白在不同植物应对逆境胁迫中的作用提供了参考。
综上所述，该研究通过生理学和代谢组学分析，揭示了 OsJAZ10 在水稻幼苗应对碱性胁迫中的代谢调控作用。OsJAZ10 通过减少膜损伤、增加 Ss 含量、保护 SOD 和 CAT 活性等方式，缓解碱性胁迫对水稻生理代谢的影响。同时，它还负调控 JA 信号通路，抑制 JA 的生物合成，促进有机酸积累，增强水稻对碱性胁迫的耐受性。这些研究结果为阐明水稻应对碱性胁迫的分子机制提供了重要依据，也为培育耐碱性水稻品种提供了潜在的基因资源和理论支持，在提高水稻产量、保障粮食安全方面具有重要的意义。
