浙江大学程方民课题组揭示ABA参与孕穗期高温胁迫下水稻花药器官活性氧产生和花粉败育形成的调控机制

以下文章来源于植物与环境 PCE ，作者植物与环境 PCE

近年来，受全球气候变暖、稻作种植制度和品种演替等因素影响，水稻在孕穗期遭遇高温天气的机率明显增大，已成为制约水稻高产稳产的主要农业气象灾害之一。孕穗期高温胁迫导致花粉发育异常和败育花粉粒增多，该现象是由发育花药器官中的抗氧化防御能力下降、活性氧（ROS）过量积累、花药绒毡层细胞提前降解，花器官遭受严重的过氧化损伤和花粉粒缺失淀粉等糖类营养物所致。ABA作为植物响应逆境胁迫的关键激素，不仅具有激活 NADPH氧化酶（Rboh）等氧化酶产生 ROS 的生理功能，而且与植物库/源器官的糖转运及淀粉合成代谢过程密切联系。揭示孕穗期高温胁迫诱发的ROS伤害和细胞凋亡特点及其与花器官ABA细胞分布之间的相互关系，探明ABA参与高温胁迫下发育花器官ROS 产生和绒毡层细胞程序性死亡（Program cell death, PCD）过程的调控机制具有重要意义。

近期，浙江大学农业与生物技术学院程方民教授课题组在Plant, Cell & Environment 上发表了题为“ABA-triggered ROS burst in rice developing anthers is critical for tapetal programmed cell death induction and heat stress-induced pollen abortion”的研究论文，详细阐述了ABA介导的ROS产生在孕穗期高温胁迫下诱发水稻花粉败育的作用机制及其与绒毡层PCD及小孢子凋亡过程间的相互联系。

该研究以耐热性存在明显差异的12个水稻品种为研究对象，首先分析了水稻发育花药器官中的ROS和ABA含量及其分布对高温胁迫（胁迫程度和胁迫持续时间）的响应变化及其与花粉活力之间联系；在此基础上，通过对不同温度处理下水稻花药12个发育时期的动态取样，结合细胞化学定位、离体稻穗的外源ABA处理和基因敲除等手段，探析了ABA介导的ROS产生对花药绒毡层细胞PCD和小孢子凋亡过程的影响特点及调控方式。

孕穗期高温胁迫引起水稻发育花药器官中ROS和ABA含量显著上升，ABA通过“激发”ROS产生对花药绒毡层细胞PCD和小孢子凋亡过程起调节作用，进而导致高温花粉败育的形成；ABA介导SAPK2对水稻高温花粉育性的调节与ROS氧化伤害也存在密切联系，DEAD-box ATP-dependent RNA helicase elF4A-1 (RH4)是ABA信号调节水稻发育花器官ROS产生和绒毡层PCD的关键调控位点，SAPK2通过与RH4之间的互作对发育花器官ROS产生与小孢子发育过程进行调控。该研究为探索水稻高温花粉败育形成过程中ROS信号与ABA信号之间的相互关系提供了新线索。

高温胁迫对水稻花药器官活性氧（ROS）积累和绒毡层PCD影响的ABA调节方式

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pce.14551

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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