稻田生态与环境研究创新团队揭示谷胱甘肽转移酶影响水稻花期耐热性新机制
近日，中国水稻研究所稻田生态与环境研究创新团队在Journal of Experimental Botany上发表了题为“Glutathione S-transferases protect against heat-inhibited pollen germination and pollen tube growth in the pistil by regulating proanthocyanidins and fructose to maintain reactive oxygen species homeostasis”的研究论文，揭示了谷胱甘肽S-转移酶（GSTs）在水稻花期耐热性调控中的新机制。该研究发现，GSTs可通过调控原花青素（PA）和果糖（Glu）代谢，维持水稻雌蕊中活性氧（ROS）稳态，进而缓解高温对花粉萌发及花粉管生长的抑制。
随着全球气候变暖，极端高温频发，水稻花期高温胁迫已成为导致结实率下降、产量受损的关键因素。高温会显著抑制花粉在柱头上的萌发及花粉管在雌蕊中的生长，但这一过程的调控机制此前尚不明确。
研究团队通过分析发现，水稻花期耐热性的差异，主要与授粉后雌蕊中较低的活性氧水平、较高的花粉萌发率及花粉管生长能力相关。转录组与生理分析进一步证实，GSTs、谷胱甘肽、原花青素和果糖，是调控不同品种水稻耐热性差异的关键因素。为验证这一机制，团队开展了外源施用实验：施用GSTs促进剂（肉豆蔻酸MA、黄腐酸钾FA），可显著提高GSTs活性、谷胱甘肽含量及原花青素、果糖水平，增强水稻抗氧化能力、降低活性氧积累，从而提升花粉萌发率和花粉管生长能力；而施用GSTs抑制剂依他尼酸（EA）得到相反的结果。此外，单独或联合施用黄腐酸钾、原花青素或果糖，均能有效降低雌蕊活性氧水平，减轻高温对花粉管生长的抑制，进而提高水稻结实率。该结果进一步证实，GSTs通过调控原花青素和果糖代谢维持活性氧稳态，是保护水稻雌蕊功能、提升花期耐热性的关键机制。
综上所述，该研究揭示了GSTs介导的谷胱甘肽代谢在调控水稻雌蕊高温耐热性中的核心作用，明确了原花青素（PA）和果糖作为下游关键因子在维持活性氧平衡中的功能。研究结果不仅深化了对水稻花期高温应答机制的科学认知，也为耐热水稻品种培育及应急抗高温栽培技术开发，提供了重要的理论支撑和潜在靶点。
图1 GSTs通过调控谷胱甘肽、原花青素和果糖代谢维持ROS稳态，缓解高温对花粉萌发和花粉管生长的抑制
该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、浙江省自然科学基金重点项目及国家重点实验室课题的联合资助。已毕业硕士研究生许用强、上海市农业生物基因中心李俊材为论文共同第一作者；符冠富副研究员、曾宇翔副研究员、武志海教授（吉林农业大学）为共同通讯作者。
文章链接：https://doi.org/10.1093/jxb/erag040