近日，陈温福院士团队赵明辉教授课题组在一区TOP期刊The Crop Journal上在线发表题为“The OsASR5‑OsAlR3‑OsABCI8 module enhances aluminum tolerance in rice by increasing malate accumulation and maintaining ROS homeostasis”的研究论文。博士研究生苏畅为第一作者，赵明辉教授为通讯作者。该研究鉴定出由转录因子OsASR5、叶酸受体样蛋白OsAlR3与ABC转运蛋白OsABCI8组成的耐铝调控模块通过提升苹果酸积累、维持ROS稳态的双重通路增强水稻耐铝性的分子机理。
该团队前期通过利用“丁氏收集“构建的150份核心种质进行GWAS分析，定位到耐铝相关基因OsAlR3。遗传材料表型分析表明，OsAlR3-OE超表达株系在铝处理下耐铝表型明显增强，osalr3敲除突变体对铝毒更加敏感。利用4709份水稻材料的单倍型分析表明，OsAlR3的耐铝单倍型Hap 2主要分布于土壤偏酸性的南方稻区，而Hap 1单倍型则富集于土壤偏碱性的北方稻区，呈现出显著的“基因型—土壤环境”适应性分化格局（图1）。当前北方稻田长期大量施用氮肥，土壤酸化持续加剧。北方主栽水稻品种普遍携带的耐铝功能偏弱的Hap 1单倍型，面临潜在的铝毒害风险。因此，将OsAlR3的耐铝单倍型Hap 2导入北方粳稻品种，定向改良其耐酸铝性，对缓解北方稻田酸化压力、保障水稻稳产具有突出的育种应用潜力。蛋白互作试验表明，耐铝单倍型OsAlR3Hap2能够与同样定位于叶绿体的ABC转运蛋白OsABCI8发生物理互作，而铝敏感单倍型OsAlR3Hap1则无法结合OsABCI8。酵母单杂交、ChIP-qPCR及双荧光素酶试验结果表明，转录因子OsASR5可直接结合OsAlR3启动子的特定区段并激活其转录。铝胁迫下，osalr3、osasr5、osabci8敲除突变体中草酰乙酸向苹果酸转化受阻，苹果酸积累量下降，对Al³⁺螯合能力减弱。综上所述，OsASR5-OsAlR3-OsABCI8模块通过促进苹果酸积累和调控抗氧化相关基因表达的双重途径共同提升水稻铝胁迫耐受性（图2）。
该研究得到国家重点研发计划资助。（编辑：张琪；一审校：尚滢；二审校：赫天一；三审校：张文忠）
图1 OsAlR3的单倍型分析及地理分布
图2 OsAlR3调控水稻耐铝性的分子机制
