谷氧還蛋白介導活性氧平衡調控木薯抗旱

木薯是一種重要的熱帶作物，是非洲等熱帶地區的主要糧食作物之一。其塊根碳水化合物含量高達38%，且含有多種維生素，是全球10億多人口的主要食物來源。木薯在種植過程中，其苗期和塊根形成期與熱帶地區的旱季重疊，干旱對木薯的產量和品質有非常大的影響。因此，鑒定木薯重要的抗旱基因、提高栽培木薯對干旱的適應性，對我國“熱帶農業走出去”支持國家“一帶一路”倡議、維護世界糧食安全具有重要的意義。

活性氧平衡在植物應對干旱脅迫過程中起關鍵作用。谷氧還蛋白是植物體內維持活性氧平衡的重要組份，但其通過活性氧平衡調控植物干旱脅迫響應的分子機制仍有待探索。近日，中國熱帶農業科學院生物所功能基因研究組在權威雜志中科院一區TOP期刊 Plant Biotechnology Journal 在線發表了研究論文，證實了CC類谷氧還蛋白MeGRXC3可以在轉錄和轉錄后水平調控過氧化氫酶的活性、影響過氧化氫在葉片表皮不同類型細胞中的分布，從而調控木薯對干旱脅迫的響應。研究結果有助于人們理解谷氧還蛋白通過活性氧平衡調控木薯干旱脅迫響應的復雜機制，同時為利用關鍵基因培育抗旱高產木薯新品種提供基因資源和科學依據。

該團隊在100份栽培木薯種質中，通過目標區間重測序和抗旱指標的關聯分析，確定了MeGRXC3與干旱脅迫下木薯葉片中的過氧化氫酶活性顯著相關。通過轉基因木薯的抗旱表型分析，發現MeGRXC3負調控干旱和脫落酸誘導的氣孔關閉，從而影響轉基因木薯的干旱耐受性。進一步的分析發現，MeGRXC3可以拮抗性調控過氧化氫在木薯葉片下表皮間隔細胞和保衛細胞中的分布。

利用蛋白免疫共沉淀技術，該研究團隊從木薯葉片中篩選到3個可能與MeGRXC3互作的過氧化氫酶蛋白，隨后證實了MeGRXC3可以分別與過氧化氫酶MeCAT1、MeCAT2相互結合，并調控其過氧化氫酶活性。不僅如此，研究團隊發現MeGRXC3可以通過與轉錄因子MeTGA2在細胞核中互作來調控多個脅迫相關轉錄因子基因的表達，并通過轉錄因子MeMYB63調控過氧化氫酶MeCAT7基因的表達，從而在轉錄水平上調控過氧化氫酶的活性。以上研究為解析活性氧平衡調控植物干旱脅迫響應的分子機制打開了新視角，同時展現了MeGRXC3基因在提升干旱環境下木薯塊根產量方面的潛在應用價值。

本研究得到了國家重點研發計劃、海南省重大科技計劃、中央級公益性科研院所基本科研業務費以及崖州灣種子實驗室等項目的資助。