東北地理所在水稻OsOR基因調控類胡蘿卜素累積、分蘗及抗逆方面取得新進展
類胡蘿卜素是植物中重要的色素，也是維他命A合成的前體物質，有利于人體視力的建成。此外，類胡蘿卜素也是某些重要植物激素，如脫落酸（ABA）和獨腳金內酯（SL）的前體物質。Orange (Or)基因是在天然突變的菜頭呈橘黃色的花椰菜中發現的,其作為調控類胡蘿卜素累積的重要因子在雙子葉植物中已見報道；然而對于單子葉植物水稻的OsOR基因的調控機制尚未明確，加之水稻是重要的糧食作物，大米胚乳中缺乏多種維生素和礦物質，其中就包含類胡蘿卜素。因此研究水稻中類胡蘿卜素含量的調控機制能為功能性大米的研發提供理論基礎，從而更好的改善人們膳食中營養成分。
近日，東北地理所方軍團隊在國際學術期刊Plant Science上在線發表了題為“Overexpression of the rice ORANGE gene OsOR negatively regulates carotenoid accumulation, leads to higher tiller numbers and decreases stress tolerance in Nipponbare rice”的研究論文，通過超量表達OsOR以及構建Cas9敲除突變體深入解析了OsOR的生物學功能和作用機制。研究發現超量表達水稻OsOR基因的水稻植株在分蘗前期葉片表現出白色條紋，證實該現象可能由于OsOR通過調控類囊體的發育從而減少了類胡蘿卜素的累積而導致。研究還發現OsOR能夠通過調控在水稻分蘗過程中起重要作用的植物激素SL的合成和信號傳遞途徑，從而影響水稻的分孽。此外，超量表達OsOR對鹽脅迫和冷脅迫更為敏感，說明OsOR還參與水稻對非生物脅迫的應答過程。該研究闡述了與花椰菜中OR不一樣，水稻中組成型超量表達OsOR在葉片組織中對類胡蘿卜素積累起負調控作用，但對分蘗有促進作用，同時也降低了抗逆能力。為進一步利用OsOR基因的功能（如組織特性表達OsOR基因）打下了基礎。
圖1. OsOR超量表達植株的表型分析
(A) 野生型植株與超量表達植株中OsOR基因的表達量分析。(B) 葉片中葉綠素含量檢測。(C) 野生型植株與超量表達植株的株高分析。(D) 野生型與超量表達OsOR基因的愈傷組織表型分析。(E) 分蘗早期表型分析。 (F)分蘗晚期表型分析。(G) 成熟期表型分析。(H) 暗處理下表型分析。
以上成果由中科院東北地理所方軍團隊與中科院遺傳所儲成才團隊等合作完成，東北地理所水稻分子育種學科組助理研究員于洋、東北農業大學碩士于紀洋、中國科學院上海植物生理生態研究所助理研究員王慶龍為論文的共同第一作者，儲成才和方軍研究員為論文的共同通訊作者，相關工作得到了國家區域創新發展聯合基金（U20A2025）、黑龍江省自然科學基金（YQ2019C027）和中科院先導項目（XDA24020301）的資助。
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