紅壤土富含Fe3+，我國的紅壤土主要分布在長江以南地區，總面積達218萬平方公里（約占耕地總面積的三分之一），是栽培水稻的主要起源和馴化地。鐵作為多種蛋白質的重要輔助因子，是所有生物體中不可或缺的微量金屬元素。植物光合作用中的電子傳遞過程對鐵有較高的需求。然而，土壤中鐵含量過高會阻礙植物的正常生長。長期在紅壤土生長的水稻對高鐵毒害有一定抵抗力，但是其機理并不清楚。

為了解析水稻在紅壤環境中的適應性生長機制，中國科學院植物研究所劉春明研究員等將化學誘變處理后的第三代水稻突變群體分別種植于具有典型褐土的北京和具有典型紅壤土的海南，發現了一個紅壤敏感突變體rss1。該突變體在褐土種植條件下可以健康生長和結實，但在紅壤土種植則呈現遲滯、幼葉失綠、分蘗數減少及不育等表型。進一步分析表明，在紅壤種植條件下，rss1地上部分鐵濃度顯著升高，而銅濃度顯著降低。圖位克隆結果表明，rss1的紅土敏感表型是由一個SPL家族轉錄因子基因突變引起。該基因編碼OsSPL9轉錄因子，在葉片和根的維管組織中高表達。精準控制的水培實驗顯示，在高鐵條件下rss1突變體表現出缺銅表型，且該表型可通過提高水培液中銅含量或過表達銅轉運蛋白OsYSL16得到部分恢復。生化分析證實，OsSPL9通過直接結合銅轉運蛋白（OsYSL16、OsCOPT1和OsCOPT5）的啟動子區域，激活其表達。這一研究結果表明在紅壤土種植條件下，水稻通過在根部表面形成鐵膜以抵御高鐵毒害，但該過程同時抑制了銅的吸收和轉運，導致銅缺乏。在自然馴化過程中，OsSPL9在維管束的高效表達激發了銅轉運蛋白的表達水平，促進了銅的吸收和運輸，從而克服高鐵引起的銅缺乏問題。這一研究不僅提升了我們對水稻鐵-銅穩態調控的理解，也為高鐵紅壤區作物遺傳改良提供了理論依據。

該研究成果于3月25日在線發表于國際學術期刊New Phytologist。中科院植物所已畢業博士研究生白雪為第一作者，劉春明研究員和北京大學李磊研究員為共同通訊作者。該研究得到了國家重點研發計劃、中國科學院戰略性先導科技專項、國家自然科學基金以及國家轉基因生物新品種培育重大專項等項目的資助。

種植于褐土和紅壤中的水稻植株表型

水稻適應高鐵紅壤土的分子機制

https://doi.org/10.1111/nph.70074

來源：中科院植物所