鉴定硅转运蛋白以提高水稻产量

硅 (Si) 在陆地环境中含量丰富，占植物干重的 0.1% 至 10%。某些植物物种表现出高水平的硅积累，研究已确定高硅积累是对抗非生物(干旱、寒冷、热)和生物应激源(生物体)的保护机制。水稻(Oryza sativa)可储存的硅量约为芽(茎、叶、花)干重的10%，硅对于粮食的稳定生产至关重要。据信，高程度的硅沉积可以减轻害虫、病原体和营养失衡造成的损害。在水稻中，硅的吸收由两种不同类型的根部转运蛋白控制，但水稻叶片中细胞特异性硅沉积所涉及的具体机制仍然是个谜。

冈山大学的研究人员发现，硅外流转运蛋白 4 (SIET4) 有助于硅在水稻叶片中的定位。他们详细介绍了 SIET4 缺失突变体影响的功能分析于 2023 年 10 月 19 日发表在《自然通讯》上。该项目由冈山大学植物科学与资源研究所教授马建峰博士领导。该报告由冈山大学的 Namiki Mitani-Ueno 博士、Naoki Yamaji 博士、Sheng Huang 博士和 Takaaki Miyaji 博士共同撰写。“我的研究小组一段时间以来一直在探索支撑水稻积累高硅能力的分子机制，”马博士说。他进一步补充道，“然而，虽然我们已经确定了能够使硅被根吸收并从根到芽易位的转运蛋白，但我们尚未确定硅是如何沉积在叶子中的。”

研究小组利用一系列实验来了解 SIET4 在叶片硅积累中的作用。其中包括生成敲除突变体(目标基因被破坏)以及 SIET4 的功能表征，以比较野生型 (WT) 水稻和 SIET4 突变体的转录谱。该团队还分析了 SIET4 的运输活动和细胞定位。“我们证实 SIET4 编码 Si 转运蛋白，并在 WT 水稻叶片中组成型表达。此外，转运蛋白仅限于叶片的表皮和泡状细胞(有助于叶子滚动以避免水分流失)的远端，”马博士说。与WT水稻不同，缺乏SIET4的植物在营养液和土壤中存在Si的情况下生长时表现出生长抑制并最终死亡。SIET4突变体的其他特征是根和芽减少、叶肉细胞中硅沉积异常以及许多胁迫反应基因的诱导。这一发现表明，硅在非指定组织中的不当积累类似于植物对环境压力的反应。总而言之，该团队的数据表明 SIET4 对于硅从叶细胞到叶表面的正确输出以及植物的健康生长至关重要。

这代表了一种范式转变，因为长期以来人们一直认为硅是土壤中含量如此丰富且不会损害植物的唯一元素。就水稻而言，这些发现表明，叶子的硅积累等复杂过程确保了水稻的生存。该报告代表了十年研究的成果，但马博士的决心坚定不移。他总结道：“这项工作有可能拓宽我们对植物如何积累高硅的理解。我们希望在其他植物物种中找到像 SIET4 这样的基因，这样我们就可以提高许多更重要作物的生产力。”

标 签：

免责声明：本文由用户上传，如有侵权请联系删除！