农业生物技术学报

作者：何炜, 周平, 魏毅东, 崔丽丽, 蔡秋华, 谢鸿光, 谢华安, 张建福

单位：1 福建省农业科学院 水稻研究所,福州 350019; 2 福建省农业科学院 闽台作物有害生物生态防控国家重点实验室,福州 350003; 3 水稻国家工程实验室/杂交水稻国家重点实验室华南研究基地/福建省作物种质创新与分子育种省部共建国家重点实验室培育基地/国家水稻改良中心福州分中心/农业农村部华南杂交水稻种质创新与分子育种重点实验室/福建省作物分子育种工程实验室/福建省水稻分子育种重点实验室,福州 350003; 4 福建省农业科学院 果树研究所,福州 350013

关键词：水稻,水稻磷酸核酮糖激酶(OsPRK),代谢组学,干旱胁迫,稻瘟病,

基金：福建省自然科学基金(2023J01356); 中央引导地方科技发展专项(2022L3018); 福建省人民政府-中国农业科学院协同创新工程“5511”(XTCXGC2021019); 福建省财政专项-福建省农业科学院科技创新团队(CXTD2021005-3); 福建省科技重大专项(2024NZ029027)

磷酸核酮糖激酶(phosphoribulokinase, PRK) 是光合作用卡尔文循环(Calvin cycle)中的关键酶,主要影响碳同化过程。近期研究发现PRK可能参与植物非生物与生物胁迫应答,但其响应胁迫的作用机制尚不明确。本研究通过构建OsPRK过表达转基因水稻(Oryza sativa),结合代谢组学分析和表型鉴定,探究OsPRK在干旱和稻瘟病菌胁迫应答中的调控机制。利用农杆菌(Agrobacterium) 介导的遗传转化与qPCR技术,成功获得OsPRK单拷贝、纯合且表达量显著高于野生型日本晴(Oryza sativa ssp. japonica cv. Nipponbare)的T2代过表达转基因水稻植株。采用超高效液相色谱-串联质谱技术对转基因与野生型植株三叶一心期叶片进行广泛靶向代谢组分析,共鉴定到2 036种代谢物。通过正交偏最小二乘判别分析筛选获得136种差异代谢物(differentially accumulated metabolites, DAMs) (93种上调, 43种下调),主要富集于异黄酮合成、类黄酮生物合成、苯丙烷生物合成等可能参与胁迫响应的代谢途径。胁迫表型鉴定结果发现,在干旱胁迫下,OsPRK转基因植株叶片萎蔫延迟,复水后存活率较野生型提高约17%;稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae)接种实验显示,OsPRK转基因植株病斑数量显著减少,表明其抗性增强。此外,成熟期净光合速率、气孔导度等光合参数未受明显影响,表明过表达OsPRK可在不影响光合效率的前提下增强抗逆性。研究还发现osprk突变体在T0代炼苗阶段叶绿素含量显著低于野生型和过表达植株,后期逐渐死亡。本研究揭示了OsPRK通过重塑代谢网络调控水稻抗逆性的新机制,为抗逆分子育种提供了理论依据。

来源：2025年第11期

《农业生物技术学报》期刊编辑部

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