干旱和种子老化，是导致作物减产的两大“元凶”。但为什么有的作物不惧干旱，种子长期储存依旧活力十足？福建省农业科学院水稻研究所张建福研究员、谢华安院士团队日前在知名期刊《The Plant Journal》发表最新研究成果，称找到了一位“幕后英雄”——OsNAT9基因。这项研究系统解析了该基因在调控水稻种子活力和抗旱性方面的分子机制。
OsNAT9基因究竟是何方神圣？
它负责编码一种特殊的蛋白质——碱基-抗坏血酸转运蛋白（简称“NAT”）。顾名思义，这种蛋白质是细胞中的“特快专列”，来往于细胞膜内外，专门为碱基和抗坏血酸两类“乘客”提供转运服务。抗坏血酸，其实就是大名鼎鼎的维生素C。作为一种重要的抗氧化剂，它参与植物细胞分裂、细胞壁合成、抗氧化防御等多种生理过程。
为了解锁OsNAT9影响水稻种子活力和抗旱性的密码，研究人员通过基因编辑技术，敲除水稻细胞中的OsNAT9基因。结果发现，水稻种子胚乳中的抗坏血酸浓度显著降低，抗氧化能力急转直下，从而影响了淀粉结构和种胚活力，加速种子老化。不过，添加外源抗坏血酸和人为打破种子休眠状态后，种子的活力又得以恢复。
实际上，OsNAT9基因不管是敲除还是过表达，都会导致细胞内抗坏血酸水平失衡，影响相关基因表达，破坏内抗坏血酸池氧化还原稳态，增加活性氧积累，最终降低种胚的活力。
研究还发现，OsNAT9基因敲除后的水稻种苗，在干旱胁迫下耐受性显著降低。这个过程中，细胞中抗坏血酸含量显著下降，过氧化氢和丙二醛等活性氧成分水平显著升高，抗氧化酶活性显著下降。
这些结果表明，OsNAT9基因通过正向调控水稻抗氧化能力，在抗旱胁迫耐受性中发挥关键作用。
“试验进一步表明，OsNAT9基因是一种位于细胞膜的外排转运蛋白，能够高效结合并外排抗坏血酸，维持细胞内外的抗坏血酸稳态。”张建福表示，本研究不仅揭示了OsNAT9基因在维持抗坏血酸池的稳态和减少活性氧积累方面所起的双重作用机制，还为提高作物的抗逆性和种子寿命提供了新的潜在靶点。这些发现也为深入研究种子活力的调控机制及开发抗逆性优良的作物品种奠定了重要理论基础。
来源：福建日报
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