我室陈坤明教授团队在小麦发育与抗旱分子机制研究方面取得重要进展

近日，国际著名期刊《Journal of Agricultural and Food Chemistry》在线发表了我室陈坤明教授和韩德俊教授团队合作研究的论文“The interaction between TaNOX7 and TaCDPK13 contributes to plant fertility and drought tolerance by regulating ROS production”。已毕业博士生胡春红为论文第一作者，曾庆东副研究员为论文并列第一作者，陈坤明教授和韩德俊教授为论文共同通讯作者。

细胞内活性氧（reactive oxygen species，ROS）稳态维持对植物正常发育和逆境胁迫响应均极为重要。ROS过量积累往往导致细胞大分子功能和膜系统受损而导致植物死亡，但ROS生理水平的积累却具有重要的信号分子作用，调节植物生长发育，并在植物免疫和非生物胁迫响应过程中扮演关键角色。ROS及其释放关键酶NADPH氧化酶（NADPH oxidase，NOX/RBOH）参与植物抗逆和发育调控分子机制的研究，已成为当前国际植物学研究的前沿与热点领域，然而NOXs/RBOHs是否调控植物穗与籽粒发育，尚未见报道。

本研究首次在小麦中克隆到了一个NOX家族基因TaNOX7，该基因在小麦幼穗中高量表达，异源过表达导致转基因水稻根增长、ROS释放增加、抗旱性提高、穗增大、产量提高，而生育期缩短。进一步研究发现，TaNOX7能够和一个钙依赖的蛋白激酶TaCDPK13互作，二者均在小麦穗和花器管中高表达并具有一定的共表达关系，瞬时共表达TaNOX7和TaCDPK13能够显著提高烟草叶片的ROS释放水平。这些研究结果表明，TaNOX7和TaCDPK13互作调控ROS的释放，进而协同调节小麦发育与抗旱性。

图1 TaNOX7过表达是水稻穗增大、产量提高而生育期缩短。

众多育种实践发现，作物的产量与其生育期长短密切相关，但生育期太短的品种一般不高产；一些调控作物产量的基因也往往导致抽穗延迟，生育期增长，限制了这些基因在农业生产中的应用。然而本研究发现，TaNOX7异源过表达在导致水稻穗子增大和产量提高的同时，显著缩短了转基因植株的生育期，使植株抽穗提前，表明TaNOX7具有重要的生产应用潜力。

图2 TaNOX7与TaCDPK13互作调控植物育性与抗旱性的机制。

该研究得到国家自然科学基金（No. 31770204、No. 31270277）及旱区作物逆境生物学国家重点实验室基本科研业务费和“双一流”经费的资助。

全文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jafc.0c02146