过氧化物酶体酰基辅酶A氧化酶OsACX4通过调节水稻细胞的氧化还原平衡，从而负调控其对盐分和干旱胁迫的耐受性

《Plant Cell Reports》：Peroxisomal acyl-CoA oxidase OsACX4 negatively regulates salt and drought stress tolerance by modulating cellular redox homeostasis in rice

气候变迁加剧水稻生产中盐碱和干旱胁迫的威胁，本研究首次系统解析水稻过氧化物体酰基-CoA氧化酶OsACX4的功能，发现其作为应激耐受负调控因子通过代谢-氧化还原平衡调控增强抗逆性。CRISPR/Cas9介导的敲除线较野生型和过表达线在胁迫下存活率显著提高，伴随抗氧化酶（SOD、CAT、APX）协同激活、脯氨酸积累及ROS水平降低，转录组学显示OsSOD1、OsDREB2A等应激响应基因上调。结构定位证实OsACX4定位于过氧化物体，其β-氧化活性产生H2O2代谢副产物，敲除后通过代谢重平衡实现抗逆增强，为培育气候适应型水稻提供新靶点。

　　

摘要

核心信息

OsACX4基因敲除可以减少过氧化物酶体的氧化应激，通过调节代谢和氧化还原平衡来提高水稻的抗旱和耐盐能力，从而有助于培育气候适应性强的水稻品种。

摘要

气候变化加剧了盐分和干旱等非生物胁迫的频率和强度，这些胁迫严重限制了全球水稻的生产力，因此需要确定用于作物改良的分子靶标。本研究首次全面分析了过氧化物酶体酰基辅酶A氧化酶OsACX4在水稻（Oryza sativa L.）抗旱和耐盐性中的作用，发现它通过调节细胞内的氧化还原稳态在抗逆性中起着负调控作用。我们利用CRISPR/Cas9介导的敲除和过表达技术生成了转基因植株，以研究OsACX4在盐分和干旱胁迫下的功能。与野生型（WT）相比，敲除植株表现出更强的抗逆性，在极端胁迫条件下存活率显著提高。这种耐受性的增强与抗氧化酶（包括超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）和抗坏血酸过氧化物酶（APX）活性的协同上调有关。敲除植株中的脯氨酸（Pro）含量显著增加，同时活性氧（ROS）水平明显降低。转录分析显示，在极端胁迫下，OsACX4的缺失会激活一系列应激响应基因，如OsSOD1、OsDREB2A、OsDREB1B和OsAPX1。亚细胞定位证实OsACX4定位于过氧化物酶体中，其β-氧化反应会产生过氧化氢（H₂O₂作为代谢副产物）。我们的研究结果表明，OsACX4的表达在应对胁迫时虽然能够调动能量储备，但会破坏细胞的氧化还原稳态。敲除植株在两种胁迫条件下的表现更优，这表明策略性地干扰OsACX4的表达能够提高植物的抗逆性，使其成为通过精准基因组编辑培育气候适应性水稻品种的有希望的目标基因。