OsWRKY53-OsARF18-OsRR22功能丧失会显著提高水稻的耐盐性

《BMC Plant Biology》：Loss of function of OsWRKY53-OsARF18-OsRR22 significantly enhances rice salt tolerance

　　

摘要

背景

盐分胁迫是限制水稻生长和发育的重要非生物胁迫因素。先前的研究表明，OsWRKY53、OsARF18和OsRR22不仅是对水稻耐盐性起重要负调控作用的关键基因，而且对植物的生长和发育也至关重要。然而，这三种基因在耐盐性方面的相对强度以及它们在同一水稻品种中的协同作用目前尚未有相关报道。

结果

在本研究中，我们利用CRISPR/Cas9技术对水稻品种双辉459进行了基因组编辑，同时破坏了OsWRKY53、OsARF18和OsRR22的功能。在单基因、双基因和三基因突变体中，水稻的耐盐性依次增强。在1.0%的NaCl胁迫下，三基因突变体的存活率约为80%，而野生型则完全死亡。从生理指标来看，活性氧的积累逐渐减少，而关键的抗氧化酶活性（CAT、SOD、POD）则显著上升。这表明突变体耐盐性的提高可能与抗氧化酶活性的增加有关。更重要的是，分子分析显示OsWRKY53的WRKY结构域能够与OsARF18和OsRR22启动子中的W-box序列结合，从而抑制它们的表达。反过来，OsARF18和OsRR22被敲除也会降低OsWRKY53的表达。此外，OsWRKY53和OsRR22在蛋白质水平上还存在直接相互作用。

结论

综合来看，我们的研究结果表明OsWRKY53、OsARF18和OsRR22构成了一个相互作用的负反馈循环，这三种转录调控因子彼此之间存在拮抗关系。三基因突变体耐盐性的显著提升可能与该拮抗关系的缓解有关。重要的是，OsWRKY53-OsARF18-OsRR22的多基因聚合不仅能够显著提升水稻的耐盐性，而且不会影响植物的正常生长和发育。这些发现为通过多基因聚合技术改良耐盐水稻品种提供了新的策略。