水稻OsFT基因通过协调光合稳定性与类胡萝卜素代谢调控分蘖的分子机制

本研究针对水稻光合效率与分蘖数协同调控的遗传机制不明这一关键问题，通过分子遗传学与生理生化手段，揭示了OsFT基因通过互作OsFtsh2维持光合系统稳定性，并经由类胡萝卜素代谢途径调控ABA（脱落酸）和SL（独脚金内酯）激素平衡从而决定分蘖数的分子机制。该研究为培育高光效、抗旱、高产水稻品种提供了理论依据，成果发表于《Journal of Advanced Research》。

　　

水稻作为全球半数人口的主粮，其产量提升对保障粮食安全至关重要。然而，光合效率与分蘖数这两个关键产量决定因素如何协同调控，一直是困扰育种家的难题。更棘手的是，类胡萝卜素作为光合色素和植物激素前体，其代谢途径如何影响分蘖的遗传机制鲜有研究。中国水稻研究所等机构的研究团队通过创制具有斑马叶和少蘖表型的突变体，揭开了这一谜题，相关成果发表在《Journal of Advanced Research》。

研究人员运用图位克隆技术定位目标基因，结合酵母双杂交筛选互作蛋白，通过双分子荧光互补和免疫共沉淀验证蛋白互作，利用高效液相色谱定量激素含量，并构建转基因互补株系和过表达株系进行功能验证。

克隆OsFT基因与互补验证
通过EMS诱变获得斑马叶少蘖突变体ft，图位克隆将OsFT定位在7号染色体78kb区间，测序发现LOC_Os07g10490（即OsZDS）第7外显子G→A突变。转基因互补实验证实该基因突变导致表型，透射电镜显示互补株系叶绿体超微结构恢复正常。

光合系统与类胡萝卜素代谢受损
转录组分析发现ft突变体中光合相关基因和类胡萝卜素代谢基因显著下调，Western blot检测到PSI和PSII复合体蛋白含量降低。叶黄素循环关键组分紫黄质、花药黄质和玉米黄质含量显著减少，表明OsFT缺失导致光合系统和类胡萝卜素代谢双重缺陷。

OsFT与OsFtsh2互作机制
酵母双杂交筛选发现OsFT与光合修复蛋白OsFtsh2互作，BIFC和LCI实验证实二者在叶绿体共定位。构建CRISPR-Cas9编辑的ft/ftsh2双突变体呈现加性效应，说明二者协同维持光合系统稳定性。过表达株系OE1在高光下表现出更高的光量子产量Y(II)和电子传递速率ETR，证实OsFT通过互作OsFtsh2增强光能利用效率。

激素调控分蘖的分子开关
与类胡萝卜素异构酶突变体pgl13（多蘖）相反，ft突变体表现为少蘖且SL含量升高、ABA降低。双突变体ft/pgl13表现出表型恢复，HPLC检测发现其β-胡萝卜素含量低于野生型但ABA/SL比值重新平衡。qPCR显示过表达株系中ABA信号基因OsPYL5上调，而SL信号转导基因D3/D14普遍下调，揭示OsFT通过"ABA抑制SL"的级联反应调控分蘖。

抗旱性与产量提升
在干旱胁迫下，OE1株系通过维持较高ABA含量，使株高、分蘖数和单株产量显著优于野生型。这种优势源于OsFT双重功能：既通过稳定PSII复合体保障光合效率，又通过优化ABA/SL平衡增强抗逆性。

该研究首次阐明OsFT/OsZDS通过"光合修复-激素调控"双途径影响水稻农艺性状的分子机制，不仅丰富了作物光合作用与形态建成的协同调控理论，更为分子设计育种提供了关键靶点。特别值得注意的是，OsFT过表达株系实现"高光效-多分蘖-抗旱性"三位一体的优良性状组合，这对应对气候变化下的粮食安全挑战具有重要战略意义。研究揭示的ABA与SL反向调控模式，为植物激素网络研究提供了新视角。