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首页 > 过刊浏览>2025年第26卷第8期 >1564-1573. DOI:10.13430/j.cnki.jpgr.20250120001 优先出版
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AT11与GS3互作调控水稻耐碱性
DOI:
10.13430/j.cnki.jpgr.20250120001
CSTR:
作者:
作者单位:

沈阳农业大学水稻研究所,沈阳 110866

作者简介:

研究方向为水稻高产高效优质栽培和分子育种,E-mail: chenhao128229@163.com

通讯作者:

徐 铨,研究方向为水稻分子育种,E-mail: kobexu34@syau.edu.cn
张文忠,研究方向为水稻高产高效优质栽培,E-mail: zwzhong1@syau.edu.cn

中图分类号:

基金项目:

辽宁省“兴辽英才计划”项目(XLYC2002073, XLYC2007169)


AT11 Regulates Alkaline Tolerance through the Interaction with GS3 in Rice
Author:
Affiliation:

Rice Research Institute of Shenyang Agricultural University, Shenyang 110866

Fund Project:

Liaoning Revitalization Talents Program (XLYC2002073, XLYC2007169)

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    摘要:

    水稻是重要的粮食作物,盐碱是造成水稻产量下降的主要非生物胁迫之一,提高水稻品种的耐盐碱水平进而扩大种植面积是增加总产和确保粮食安全的重要举措。本研究在粳稻品种笹锦(WT)的γ射线诱导突变体库中筛选到一个耐碱性显著下降的突变体M23,并通过图位克隆将目标基因定位在11号染色体P2和P3分子标记之间一段87.7 kb的区间内,该区间内共有9个开放阅读框(ORF),序列比对发现突变体在ORF9的第3个外显子处有4个碱基的缺失,造成基因翻译提前终止,因此推测ORF9为耐碱性降低的候选基因,并命名为Alkaline Tolerance 11 (AT11)。AT11编码一个可能的多肽转运蛋白(PTR,peptide transporter)。AT11的CRISPR/Cas9敲除突变体耐碱性减弱,而其过表达系耐碱性显著增强。AT11在水稻各组织中均有表达,在穗部表达量最高。酵母双杂交和免疫共沉淀试验发现AT11可以与水稻异三聚体G蛋白γ亚基GS3互作。双分子荧光互补试验结果说明AT11与GS3在质膜上互作。转录组测序发现笹锦与AT11的CRISPR/Cas9敲除突变体中大量差异表达基因在色素结合、光合作用相关条目显著富集。在PH为9.0的大田条件下进行测产发现,AT11过表达植株产量显著提高,说明AT11能够提高水稻在盐碱地上的生产力,具有潜在耐盐碱育种应用前景。

    Abstract:

    Rice (Oryza sativa L.), a critical cereal crop sustaining global food security, faces severe yield limitations due to soil alkalinity. Enhancing the salt-alkali tolerance of rice varieties represents a pivotal strategy for boosting overall production and ensuring food security through expanding cultivable land in saline-alkaline environments. In this study, a mutant M23 with significantly reduced alkaline tolerance was identified from the γ-ray induced mutation library of the Japonica rice variety Sasanishiki (WT). Following a map-based cloning strategy, the target gene was allocated in an 87.7 kb region between markers P2 and P3 on chromosome 11, containing nine open reading frames (ORFs). Sequence comparison revealed a four base pair deletion in the third exon of ORF9 in the mutant, leading to premature termination. Therefore, ORF9 is hypothesized to be the strong candidate gene, designated Alkaline Tolerance 11 (AT11), which encodes a putative peptide transporter (PTR). CRISPR/Cas9 knockout lines of AT11 showed decreased alkaline tolerance, whereas its overexpression significantly enhanced alkaline tolerance. AT11 is expressed in all tissues with the highest expression in the panicle in rice. Yeast two-hybrid (Y2H) assay and Immunoprecipitation assay revealed that AT11 can interact with GS3, the heterotrimeric G-protein γ subunit in rice. Bimolecular fluorescence complementation (BiFC) experiments pointed out their interaction on the plasma membrane. Through transcriptome sequencing analysis, the differentially expressed genes between WT and AT11 knockout lines were significantly enriched in pigment binding and photosynthesis. Yield testing under field conditions at pH=9.0 showed that AT11 overexpression significantly increased yield production, demonstrating that AT11 can enhance the productivity of rice on saline-alkaline soils, with a potential for rice breeding with salt alkaline resistance.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

陈昊,于之雯,王潇澈,等.AT11与GS3互作调控水稻耐碱性[J].植物遗传资源学报,2025,26(8):1564-1573.

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  • 收稿日期:2025-01-20
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  • 在线发布日期: 2025-07-23
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