水稻线粒体焦磷酸酶OsPPa3通过调控能量稳态和OsWRKY50转录网络增强抗旱性的分子机制

本研究揭示了水稻可溶性焦磷酸酶OsPPa3（sPPase）通过双重定位线粒体与细胞核，调控能量代谢（ATP合成、ROS平衡）和转录因子OsWRKY50介导的光捕获蛋白（OsLhca/OsLhcb）及过氧化物酶（OsPrxs）表达，从而增强抗旱性的新机制，为作物抗逆育种提供新靶点。

　　

Highlight

OsPPa3（LOC_Os04g59040）作为水稻焦磷酸酶家族成员，独特定位于线粒体和细胞核。基因敲除实验表明，OsPPa3缺失会导致线粒体功能紊乱，表现为膜电位下降、ATP含量降低、复合体V活性减弱以及ROS（活性氧）累积。

OsPPa3通过维持线粒体能量稳态响应水稻干旱胁迫

干旱条件下，osppa3突变体呈现叶片萎蔫加速、水分流失、脯氨酸和叶绿素减少、MDA（丙二醛）含量升高，同时SOD（超氧化物歧化酶）和CAT（过氧化氢酶）活性受损。转录组分析发现，osppa3突变体中光捕获叶绿素基因（OsLhca/OsLhcb）表达下调，这与转录因子OsWRKY50的表达抑制相关。

OsWRKY50的调控网络

酵母单杂交（Y1H）和双荧光素酶实验证实，OsWRKY50可直接结合OsLhcb5（含W-box的典型光捕获基因）启动子并激活其表达。此外，干旱胁迫下OsWRKY50的下调还关联于过氧化物酶基因（OsPrxs）的表达减少，导致ROS清除能力受损。

Conclusion

本研究阐明了OsPPa3通过协调线粒体能量稳态、OsLhca/OsLhcb调控及OsWRKY50依赖的转录网络增强水稻抗旱性的新机制，为抗逆作物设计提供了潜在靶点。