水稻是我國(guó)乃至世界的主要糧食作物之一，也是單子葉植物和農(nóng)作物研究的主要模式物種，對(duì)非生物脅迫極為敏感，探究水稻對(duì)非生物逆境適應(yīng)性的分子機(jī)制，完善其應(yīng)答網(wǎng)絡(luò)是提高水稻耐逆性設(shè)計(jì)育種的基礎(chǔ)。生物鐘多層次調(diào)控植物對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性，研究水稻生物鐘組分在多種脅迫環(huán)境中的作用機(jī)制，對(duì)提高水稻在高鹽、干旱等地區(qū)的產(chǎn)量具有重要意義。脫落酸（abscisic acid，ABA）信號(hào)在響應(yīng)高鹽、干旱等非生物脅迫環(huán)境中也發(fā)揮著重要作用。然而，水稻生物鐘組分是否參與調(diào)控脫落酸信號(hào)網(wǎng)絡(luò)從而適應(yīng)非生物脅迫環(huán)境尚不清楚。

中國(guó)科學(xué)院植物研究所王雷研究組發(fā)現(xiàn)生物鐘核心組分OsCCA1（Oryza sativa CIRCADIAN CLOCK ASSOCIATED 1）正向調(diào)控水稻對(duì)高鹽、干旱以及滲透脅迫的適應(yīng)性，其功能缺失的突變體導(dǎo)致對(duì)多種逆境脅迫更加敏感。此外，高鹽環(huán)境直接導(dǎo)致oscca1突變體的產(chǎn)量嚴(yán)重降低。研究通過(guò)DAP-seq結(jié)合RNA-seq的聯(lián)合分析，共篩選出692個(gè)OsCCA1的直接靶基因。研究發(fā)現(xiàn)，OsCCA1在高鹽環(huán)境中參與ABA信號(hào)通路，調(diào)控著多個(gè)A類OsPP2Cs成員以及下游bZIP類轉(zhuǎn)錄因子如OsbZIP46的表達(dá)，進(jìn)而激活它們?cè)诙喾N逆境中高水平的轉(zhuǎn)錄。因此，oscca1突變體中諸多脅迫應(yīng)答相關(guān)基因的表達(dá)不能有效地被激活，導(dǎo)致水稻對(duì)脅迫環(huán)境更加敏感。另外，oscca1材料對(duì)外源施加的脫落酸更敏感，低濃度條件下株高受到顯著的抑制作用，高濃度直接導(dǎo)致幼苗存活率明顯降低。該成果進(jìn)一步說(shuō)明OsCCA1直接參與脫落酸信號(hào)通路，當(dāng)其突變以后會(huì)導(dǎo)致脫落酸信號(hào)傳導(dǎo)受阻，使水稻對(duì)脫落酸更加敏感。該研究系統(tǒng)解析了生物鐘核心組分OsCCA1協(xié)調(diào)脫落酸信號(hào)網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)水稻對(duì)多種非生物逆境脅迫適應(yīng)的分子機(jī)制。

該研究進(jìn)一步揭示了植物生物鐘系統(tǒng)調(diào)控非生物脅迫適應(yīng)性的分子網(wǎng)絡(luò)，為生物鐘調(diào)控水稻耐逆性提供了新的理論依據(jù)，并為研發(fā)具有多重抗逆性的水稻品種提供了設(shè)計(jì)育種的靶點(diǎn)和優(yōu)質(zhì)遺傳資源。

5月4日，相關(guān)研究成果在線發(fā)表在Plant Physiology上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（B類）等的支持。