水稻是我國乃至世界的主要糧食作物之一，也是單子葉植物和農(nóng)作物研究的主要模式物種，對非生物脅迫極為敏感，探究水稻對非生物逆境適應(yīng)性的分子機制，完善其應(yīng)答網(wǎng)絡(luò)是提高水稻耐逆性設(shè)計育種的基礎(chǔ)。生物鐘多層次調(diào)控植物對環(huán)境的適應(yīng)性，研究水稻生物鐘組分在多種脅迫環(huán)境中的作用機制，對提高水稻在高鹽、干旱等地區(qū)的產(chǎn)量具有重要意義。脫落酸（abscisic acid，ABA）信號在響應(yīng)高鹽、干旱等非生物脅迫環(huán)境中也發(fā)揮著重要作用。然而，水稻生物鐘組分是否參與調(diào)控脫落酸信號網(wǎng)絡(luò)從而適應(yīng)非生物脅迫環(huán)境尚不清楚。

中國科學(xué)院植物研究所王雷研究組發(fā)現(xiàn)生物鐘核心組分OsCCA1（Oryza sativa CIRCADIAN CLOCK ASSOCIATED 1）正向調(diào)控水稻對高鹽、干旱以及滲透脅迫的適應(yīng)性，其功能缺失的突變體導(dǎo)致對多種逆境脅迫更加敏感。此外，高鹽環(huán)境直接導(dǎo)致oscca1突變體的產(chǎn)量嚴(yán)重降低。研究通過DAP-seq結(jié)合RNA-seq的聯(lián)合分析，共篩選出692個OsCCA1的直接靶基因。研究發(fā)現(xiàn)，OsCCA1在高鹽環(huán)境中參與ABA信號通路，調(diào)控著多個A類OsPP2Cs成員以及下游bZIP類轉(zhuǎn)錄因子如OsbZIP46的表達，進而激活它們在多種逆境中高水平的轉(zhuǎn)錄。因此，oscca1突變體中諸多脅迫應(yīng)答相關(guān)基因的表達不能有效地被激活，導(dǎo)致水稻對脅迫環(huán)境更加敏感。另外，oscca1材料對外源施加的脫落酸更敏感，低濃度條件下株高受到顯著的抑制作用，高濃度直接導(dǎo)致幼苗存活率明顯降低。該成果進一步說明OsCCA1直接參與脫落酸信號通路，當(dāng)其突變以后會導(dǎo)致脫落酸信號傳導(dǎo)受阻，使水稻對脫落酸更加敏感。該研究系統(tǒng)解析了生物鐘核心組分OsCCA1協(xié)調(diào)脫落酸信號網(wǎng)絡(luò)增強水稻對多種非生物逆境脅迫適應(yīng)的分子機制。

該研究進一步揭示了植物生物鐘系統(tǒng)調(diào)控非生物脅迫適應(yīng)性的分子網(wǎng)絡(luò)，為生物鐘調(diào)控水稻耐逆性提供了新的理論依據(jù)，并為研發(fā)具有多重抗逆性的水稻品種提供了設(shè)計育種的靶點和優(yōu)質(zhì)遺傳資源。

5月4日，相關(guān)研究成果在線發(fā)表在Plant Physiology上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金面上項目、國家重點研發(fā)計劃和中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項（B類）等的支持。