科技创新进展：研究发现调控水稻氧化胁迫耐受性的新机制
近日，Plant Communications在线发表了我所超级稻育种创新团队题为“OsCPK12 phosphorylates OsCATA and OsCATC to regulate H2O2 homeostasis and improve oxidative tolerance in rice”的研究论文。该研究揭示了钙依赖性蛋白激酶（CDPK）OsCPK12通过磷酸化OsCATA和OsCATC的11号丝氨酸位点而提高其过氧化氢酶（CAT）活性，进而调节H2O2稳态，提高水稻氧化胁迫耐受性的分子机制，对水稻抗氧化胁迫品种改良、对高产品种的培育具有重要的借鉴意义。
Ca2+ 作为重要的第二信使，几乎参与植物的所有生长发育过程。作为钙离子信号响应元件，CDPKs是植物中最大的钙调蛋白激酶家族，在植物体内能够迅速感受瞬时Ca2+信号的变化，经磷酸化或自磷酸化作用于下游组分，将钙信号级联放大使植物产生各种生理响应，在植物生长发育特别是对生物和非生物胁迫应激的信号转导中发挥重要作用。生物胁迫或非生物胁迫通常会使植物产生氧化应激，导致植物中活性氧（ROS）的积累，进而影响各种生物途径。提高植物的氧化胁迫耐受性可相应提高其对部分生物和非生物胁迫的抗性。前人研究结果表明OsCPK12在脱落酸信号转导途径、低氮胁迫反应和盐胁迫过程中发挥作用。
本团队前期研究发现OsCPK12的功能受损导致水稻氧化应激，伴随着H2O2的积累、CAT活性的降低和产量的下降。为了揭示OsCPK12参与调节植物抗氧化系统的分子机制，本研究通过酵母双杂交文库筛选发现OsCPK12与过氧化氢酶OsCATC互作，随后通过系列实验证实OsCPK12与OsCATA，OsCATB和OsCATC在体内及体外均可发生互作；磷酸化实验结果表明OsCPK12可介导OsCATA和 OsCATC第11号丝氨酸位点的磷酸化，该磷酸化修饰在体内和体外均可显著提高OsCATA和OsCATC的过氧化氢酶活性。相应地，过表达OsCPK12可显著提升水稻对氧化胁迫的耐受性。以上结果为OsCPK12在水稻抗氧化胁迫育种中的应用奠定了理论基础。
图1.OsCPK12调节抗氧化防御系统的分子机制
该研究得到了国家自然科学基金、浙江省科技项目、中国农业科学院农业科技创新项目、中国农业科研系统专项基金（CARS-01）和浙江省自然科学基金项目的资助。我所博士后王备芳为论文的第一作者，曹立勇研究员、刘群恩副研究员和程式华研究员为论文共同通讯作者。
论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590346223003383