脱落酸（ABA）是一种植物内源激素，不仅参与植物生长、气孔开关、种子休眠与萌发等生理活动，还在多种非生物胁迫如干旱、高盐、耐冷等反应中起着重要的作用。植物体内ABA的合成包括从头合成和通过β-葡糖苷酶的快速合成两条途径。目前已经发现，拟南芥中β-葡糖苷酶AtBG1和AtBG2具有水解ABA-葡萄糖脂（ABA-GE）释放ABA的功能。水稻基因组中含有40个β-葡糖苷酶基因，然而水稻中是否也存在参与ABA快速合成的β-葡糖苷酶，其生理功能与分子机制目前都还不清楚。
近日，南开大学生命科学学院陈喜文/陈德富团队在New Phytologist发表了题为Chloroplastic Os3BGlu6 contributes significantly to cellular ABA pools and impacts drought tolerance and photosynthesis in rice的研究论文。该研究发现，水稻β-葡糖苷酶Os3BGlu6显著影响植株体内的ABA库，在植物的抗旱性和光合作用中发挥着重要作用。
该研究发现，水稻bglu6突变体具有植株矮小的表型，叶片中的ABA含量很低，但GA3含量正常，喷洒ABA能部分恢复其矮小表型，其回复株系的表型也得到了恢复。这些结果表明，Os3BGlu6可特异性水解体内ABA-GE以调控ABA浓度。这一结论被体外实验所证实，即从过表达株系中提取的Os3BGlu6酶能特异性地水解外源的ABA-GE产生ABA（图1a）。Os3BGlu6的抗旱性研究显示，bglu6突变体表现出干旱敏感的表型，回复和过表达植株则表现出与野生型相似或较强的抗旱性，其抗旱性的表型也与生理指标Fv:Fm、RWC（相对水含量）、H2O2和O2-染色相对应。进一步分析表明，Os3BGlu6对抗旱性的作用（图1b）主要通过提高β-葡糖苷酶活性（图1c）、增加体内ABA含量（图1d）、诱导蛋白形成二聚体的形式增加酶活性（图1e）等机制来实现。同时发现，bglu6缺失突变体叶片的气孔密度增加、气孔开度增大（图1f）。转录组学研究也显示，基因的缺失导致植株即使在正常条件下也产生氧化逆境，从而导致光合能力下降。本研究首次证实了叶绿体的Os3BGlu6蛋白可以显著影响细胞内ABA库，进而影响植株的抗旱性与光合能力。这也是水稻中第一个被鉴定在ABA循环中起作用的β-葡萄糖苷酶，其独特的叶绿体定位赋予其影响气孔密度和光合作用的功能。这些研究结果，为认识水稻ABA动态调节的新机制提供了基础，也为作物的抗旱和高产育种实践提供了新思路。
图1 水稻BGlu6通过影响细胞内ABA库来影响植物的抗旱性和光合能力
南开大学生命科学学院级博士研究生王程亮同学为该论文的第一作者，陈喜文教授和陈德富教授为该论文的共同通讯作者。
南开大学陈喜文/陈德富团队揭示水稻β-葡萄糖苷酶介导ABA快速合成调控抗旱与光合作用新机制
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