類胡蘿卜素作為植物中重要的色素，是維他命A合成的前體物質(zhì)，也是某些重要植物激素，如脫落酸（ABA）和獨(dú)腳金內(nèi)酯（SL）的前體物質(zhì)。Orange （Or）基因是在天然突變的菜頭呈橘黃色的花椰菜中發(fā)現(xiàn)的，其作為調(diào)控類胡蘿卜素累積的重要因子在雙子葉植物中已見報(bào)道；然而，對(duì)于單子葉植物水稻的OsOR基因的調(diào)控機(jī)制尚未明確。水稻是重要的糧食作物，大米胚乳中缺乏多種維生素和礦物質(zhì)，其中包含類胡蘿卜素。因此，研究水稻中類胡蘿卜素含量的調(diào)控機(jī)制可為功能性大米的研發(fā)提供理論基礎(chǔ)。

 

　　近日，中國(guó)科學(xué)院東北地理研究所方軍團(tuán)隊(duì)在Plant Science上，在線發(fā)表了題為Overexpression of the rice ORANGE gene OsOR negatively regulates carotenoid accumulation, leads to higher tiller numbers and decreases stress tolerance in Nipponbare rice的研究論文。通過超量表達(dá)OsOR以及構(gòu)建Cas9敲除突變體深入解析了OsOR的生物學(xué)功能和作用機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，超量表達(dá)水稻OsOR基因的水稻植株在分蘗前期葉片表現(xiàn)出白色條紋，證實(shí)該現(xiàn)象可能由于OsOR通過調(diào)控類囊體的發(fā)育從而減少了類胡蘿卜素的累積而導(dǎo)致。研究還發(fā)現(xiàn)，OsOR能夠通過調(diào)控在水稻分蘗過程中起重要作用的植物激素SL的合成和信號(hào)傳遞途徑，從而影響水稻的分蘗。此外，超量表達(dá)OsOR對(duì)鹽脅迫和冷脅迫更為敏感，說明OsOR還參與水稻對(duì)非生物脅迫的應(yīng)答過程。研究表明，與花椰菜中OR不同，水稻中組成型超量表達(dá)OsOR在葉片組織中對(duì)類胡蘿卜素積累起負(fù)調(diào)控作用，但對(duì)分蘗有促進(jìn)作用，同時(shí)降低了抗逆能力。該研究為進(jìn)一步利用OsOR基因的功能（如組織特性表達(dá)OsOR基因）奠定了基礎(chǔ)。

 

　　相關(guān)研究成果由中科院東北地理所方軍團(tuán)隊(duì)與遺傳與發(fā)育研究所研究員儲(chǔ)成才團(tuán)隊(duì)等合作完成，東北地理所水稻分子育種學(xué)科組助理研究員于洋、東北農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士于紀(jì)洋、中科院上海植物生理生態(tài)研究所助理研究員王慶龍為論文共同第一作者，儲(chǔ)成才和方軍為論文共同通訊作者。研究工作得到國(guó)家區(qū)域創(chuàng)新發(fā)展聯(lián)合基金、黑龍江省自然科學(xué)基金和中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)的資助。

 

　　OsOR超量表達(dá)植株的表型分析（A）野生型植株與超量表達(dá)植株中OsOR基因的表達(dá)量分析。（B）葉片中葉綠素含量檢測(cè)。（C）野生型植株與超量表達(dá)植株的株高分析。（D）野生型與超量表達(dá)OsOR基因的愈傷組織表型分析。（E）分蘗早期表型分析。（F）分蘗晚期表型分析。（G）成熟期表型分析。（H）暗處理下表型分析。