我所水稻分子设计育种团队揭示钙缺乏诱发水稻颖花退化的分子机制

每穗颖花数是水稻产量的重要构成因素，且具有较大的变异性、较复杂的遗传调控网络。增加每穗颖花数，是提高库容和产量潜力的重要途径。在不利的气候条件、不当的栽培措施等条件下容易发生水稻颖花退化，严重影响产量。解析颖花退化的分子机制，挖掘参与穗发育的关键基因，对培育高产水稻品种具有重要意义。

近日，我所水稻分子设计育种倪大虎研究员团队和中科院东北地理与农业生态研究所方军研究员课题组在植物科学知名期刊《Plant, Cell & Environment 》上，在线发表了题为“Ca²⁺ deficiency triggers panicle degeneration in rice mediated by Ca²⁺/H⁺ exchanger OsCAX1a”的研究论文。详细阐述了OsCAX1a在水稻钙离子运输和分配中的重要作用，探究了钙缺乏诱发水稻颖花退化的内在机理。

该研究发现在水稻幼穗发育过程中，钙缺乏将导致水稻顶端颖花退化，其退化率最高可达到40%，其中钙离子运输、分配的基因OsCAX1a起关键作用。OsCAX1a定位在液泡膜上，负责细胞质和液泡之间的Ca²⁺转运，并反馈影响Ca²⁺在各组织间的分配及运输。在一个OsCAX1a点突变的oscax1a突变体中，OsCAX1a的Ca²⁺转运能力严重降低，液泡和顶端穗细胞壁中Ca²⁺含量降低，但叶鞘中Ca²⁺过度积累；同时也抑制了植株对Ca²⁺的吸收。OsCAX1a的CRISPR-Cas9介导的基因编辑敲除突变体表型更为明显，进一步证明OsCAX1a在钙运输、分配中的重要作用。RNA-Seq数据表明在oscax1a突变体中，可能发生了缺乏Ca²⁺而诱发的CBL（钙调磷酸酶类B蛋白）途径异常，最终导致活性氧的爆发、圆锥花序中的程序性细胞死亡。

该研究揭示OsCAX1a在水稻Ca²⁺运输和分配中的关键作用，同时也表明钙营养元素对水稻发育生长的重要作用。水稻所甘泉博士为论文第一作者，中科学东北地理与农业生态研究所方军研究员、水稻所倪大虎研究员为论文共同通讯作者。研究得到了安徽省重点研发计划、安徽省自然科学基金和水稻遗传育种安徽省重点实验室开放基金的支持。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/pce.14550