《Plant Stress》：Auxin Pathway-Mediated Enhancement of Root Architecture and Osmotic Stress Tolerance by OsZFP350 Improves Rice Yield
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本研究针对水稻根系发育与逆境适应协同调控机制不明的瓶颈问题，通过分子生物学与生理学手段系统解析C2H2型锌指蛋白OsZFP350的功能。研究发现OsZFP350通过调控生长素（IAA）生物合成（OsYUCs/OsTAR2）、运输（OsPIN1a/1b）及信号传导（OsIAA9/23）通路，显著促进初生根伸长、侧根原基形成及根毛密度，并增强渗透胁迫下根系可塑性。田间试验证实过表达株系根系拓扑结构优化、籽粒性状改善，最终产量提升。该研究为作物抗逆育种提供了新靶点与理论支撑。
在全球气候变化导致干旱频发的背景下，作物产量稳定性面临严峻挑战。水稻作为全球半数人口的主粮，其根系构型直接决定水分养分吸收效率与抗逆能力。然而，根系发育与胁迫适应的协同调控机制尚不清晰，尤其是转录因子如何通过激素通路整合环境信号与发育程序仍是研究难点。
近期发表于《Plant Stress》的研究首次揭示C2H2型锌指蛋白OsZFP350通过生长素（IAA）通路协同调控水稻根系构型与渗透胁迫耐受性的分子机制。研究人员通过构建OsZFP350过表达（OE10/OE14）和基因编辑突变体（oszfp350-6/7）材料，结合表型分析、激素测定及基因表达谱解析，系统阐明了该蛋白的多效性功能。
关键技术方法
研究采用农杆菌介导的遗传转化获得转基因株系；通过亚细胞定位（GFP融合蛋白）确认OsZFP350定位于细胞核；利用qRT-PCR分析生长素通路基因表达；采用高效液相色谱（HPLC）测定内源IAA含量；通过甲基蓝染色及根系扫描系统（Wseen LA-S）量化根系构型参数；使用10% PEG6000模拟渗透胁迫并外施IAA/TIBA进行激素干预实验。
研究结果
3.1. OsZFP350为定位于细胞核的C2H2锌指蛋白
蛋白结构分析显示OsZFP350含有典型的C2H2结构域和EAR转录抑制基序，其核定位特性为其转录调控功能提供结构基础（图1）。
3.2. OsZFP350过表达促进幼苗期根系发育
与野生型（ZH11）相比，过表达株系初生根长度、侧根数量、不定根数目及根毛密度均显著增加，而突变体呈现相反表型（图2C-J）。植株高度也呈现同步变化，表明OsZFP350具有多效调控作用。
3.3. OsZFP350调控侧根原基与根毛形成
甲基蓝染色显示过表达株系侧根原基数量增加47%，根毛密度提升32%，突变体则减少40%以上（图3A,D,G；图4A），证实该基因直接参与根系微观结构塑形。
3.4. OsZFP350整合生长素通路调控根系发育
内源IAA含量测定显示过表达株系IAA水平升高1.8倍，突变体下降至野生型的60%。极性运输实验表明OsZFP350增强3H-IAA的向基运输能力（图5A-B）。qRT-PCR分析发现过表达株系中生长素合成基因（OsYUC1/4/8、OsTAR2）、信号基因（OsIAA9/23）及运输蛋白基因（OsAUX3、OsPIN1a/1b）显著上调，而OsPIN2/5b呈现反向调控模式（图5C-F）。
3.5. oszfp350突变体对IAA敏感且对TIBA不敏感
外源IAA（1 nM）处理可部分恢复突变体的根系缺陷，而运输抑制剂TIBA（5 μM）对过表达株系的抑制作用更强（图6），证明OsZFP350通过调节生长素敏感性参与根系可塑性调控。
3.6. 外源IAA缓解突变体渗透胁迫抑制
10% PEG处理下，过表达株系保持优越根系生长，而突变体生长受抑达50%。添加IAA后突变体根系参数恢复至野生型水平（图7），表明OsZFP350通过生长素通路增强渗透耐受性。
3.7-3.8. OsZFP350优化田间根系构型并提升产量
成熟期根系拓扑分析显示过表达株系生物量分布、连接度及各级根序参数显著优化（图8）。同时，过表达株系穗长、千粒重、粒长/宽分别增加12%、15%、9%，而突变体花粉育性下降导致结实率降低（图9），最终实现产量协同提升。
结论与意义
本研究首次揭示OsZFP350作为生长素通路上游调控枢纽，通过协调IAA生物合成（OsYUCs）、极性运输（OsPIN1a/1b）与信号转导（OsIAA9/23）三重机制，塑造水稻根系空间构型并增强渗透胁迫适应性。其介导的根冠协调优化策略，为突破作物抗逆增产的育种瓶颈提供了新思路。该发现不仅深化了对植物激素-转录因子网络的理解，更为通过基因编辑技术定向改良根系构型奠定了理论基础。
