水稻类受体胞质激酶SIRK1响应盐胁迫的分子机制

Studying on the mechanism of salt stress and breeding new varieties with higher tolerance to salt stress in rice is very important to food security in our country. In present study, a receptor-like cytoplasmic kinase SIRK1 was anchor to the plasma membrane by palmitoylation and promoted ROS production through OsMPK15, and reduced salt tolerance. However, there are still many problems to be solved in the mechanism of salt signal transduction mediated by SIRK1. Based on these results, a systematic study will be focused on the phosphorylation of OsMPK15 by SIRK1 and the interaction of RLKs-SIRK1, and the following scientific problems will be solved: (1) Screening and identification of RLKs interacting with SIRK1 and analyzing the molecular mechanism of transmembrane signal transduction; (2) How OsMPK15 regulates downstream salt stress signal transduction after SIRK1 phosphorylated OsMPK15. The results of this project will provide some theoretical guidance and valuable breeding materials for the breeding of salt-tolerant rice varieties.

水稻耐盐的机理研究及耐盐品种的培育对我国粮食安全具有重要的意义。在前期的研究中，SIRK1通过棕榈酰化修饰定位于细胞膜，并通过磷酸化OsMPK15促进了ROS的产生降低了盐胁迫的耐受性。然而，SIRK1介导的盐胁迫信号转导机制还有许多问题有待解决。本课题拟围绕SIRK1磷酸化OsMPK15及其与RLKs的互作等进行系统研究，拟解决以下科学问题：（1）筛选和鉴定与SIRK1互作的RLKs，解析其信号跨膜转导的分子机制；（2）OsMPK15被SIRK1磷酸化后如何调控下游的盐胁迫信号转导。该项目的研究结果将为水稻耐盐品种的选育提供一定的理论指导和有价值的育种材料。

水稻是盐碱地改良的先锋作物，全面深入了解水稻对盐胁迫的响应，对盐碱地水稻生产具有重要意义。本项目鉴定了一个正调控水稻盐胁迫耐受性的类受体胞质激酶STK。STK的表达受NaCl、PEG、H2O2、冷胁迫、ABA和GA的诱导，其中ABA诱导的速度最快。STK在水稻苗期和成熟期的各个组织中都有表达，其中在苗期的地上部分比根的表达量要高，而在成熟期STK主要表达在茎和叶鞘中。亚细胞定位显示STK定位于细胞膜。STK过表达植株通过增强ABA信号和ROS清除能力来增加对盐胁迫和氧化胁迫的耐受性。相反，CRISPR/Cas9介导的STK敲除突变体增加了对盐胁迫和氧化胁迫的敏感性。转录组测序结果表明，盐胁迫条件下，STK过表达植株增加了GST基因（LOC_Os03g17480、LOC_Os10g38140和LOC_Os10g 38710）的表达，因此增强了盐胁迫条件下的ROS的清除能力。同时，盐胁迫条件下，STK诱导了4个与胁迫反应相关基因OsABAR1、Os3BGlu6、OSBZ8和OsSIK1的表达，这也是其盐胁迫耐受性提高的原因。另外，在本项目的资助下还开展了利用基因编辑技术创制抗稻瘟病和抗白叶枯病水稻种质资源的研究。利用CRISPR/Cas9基因编辑技术，对籼型温敏核不育系隆科638S的感病基因Bsr-d1, Pi21和ERF922进行敲除，抗病表型分析发现敲除Bsr-d1或Pi21或ERF922以及三基因敲除材料显著增强了对稻瘟病的抗性，并且敲除ERF922的稻瘟病抗性比敲除Bsr-d1或Pi21的要强，而与三基因敲除材料无显著区别。更为重要的是，研究发现敲除Pi21或ERF922显著增强了对白叶枯病的广谱抗性，获得了同时对稻瘟病和白叶枯病具有广谱抗性的杂交水稻骨干不育系新种质，这些研究结果，显著提升了我国杂交水稻骨干不育系对稻瘟病和白叶枯病的广谱抗病性。