四跨膜蛋白OsTET8通过协调氧化还原稳态与茉莉酸信号通路负调控水稻根系发育

《Rice》：Tetraspanin OsTET8 acts as a negative regulator of root development in rice

　　本研究针对水稻根系发育的分子调控机制尚不明确的问题，开展了OsTET8基因的功能解析。通过CRISPR/Cas9敲除和根特异性过表达技术，发现OsTET8通过调控活性氧稳态及JA生物合成通路关键基因（如OsLOX8、OsOPR5等），负向调节水稻初生根伸长、侧根密度及不定根形成。该研究为作物根系遗传改良提供了新靶点，对提升水稻抗逆性和产量潜力具有重要意义。

　　

水稻作为全球最重要的粮食作物之一，其根系结构的优劣直接决定了养分吸收效率、抗倒伏能力及最终产量。然而，根系发育的分子调控网络复杂，涉及激素信号、环境应答及基因表达多层次互作，关键负调控因子仍待挖掘。近年来，四跨膜蛋白（Tetraspanins, TETs）作为一类保守的膜支架蛋白，在植物发育与逆境响应中逐渐崭露头角，但其在水稻根系中的作用机制尚不清晰。

针对这一空白，广西大学夏继星团队与合作者在《Rice》发表了题为“Tetraspanin OsTET8 acts as a negative regulator of root development in rice”的研究，首次揭示了OsTET8通过协调茉莉酸（Jasmonic Acid, JA）信号通路与细胞内氧化还原稳态，负向调控水稻根系发育的分子机制。

研究团队首先通过转录组数据发现OsTET8在OsMYB36a突变体根系中显著下调，其表达具根特异性，尤其在根伸长区（距根尖3–6 mm）富集。亚细胞定位显示OsTET8同时定位于内质网（Endoplasmic Reticulum, ER）和质膜（图2），暗示其可能参与膜蛋白运输及信号转导。为明确功能，研究者利用CRISPR/Cas9技术构建了ostet8敲除突变体（ostet8-4和ostet8-30），并利用根特异性启动子RCc3驱动OsTET8过表达（OE）。表型分析表明，敲除突变体初生根显著伸长、侧根密度及不定根数量增加，而过表达株系则出现根系抑制（图3B-E），证明OsTET8是根系生长的负调控因子。

组织切片显示，突变体与过表达株系均出现根横截面积减小、皮层细胞层数减少（图4），表明OsTET8精确表达为皮层细胞增殖所必需。进一步通过RNA-seq筛选差异表达基因（Differentially Expressed Genes, DEGs），发现过表达株系中α-亚麻酸代谢通路（JA合成前体）显著富集，且JA合成关键基因（OsLOX8、OsHI-LOX、OsOPR5）及信号负调控因子OsRMC均下调（图5, 表1）。qRT-PCR验证了这些基因在过表达株系中一致性下调，而氧化应激相关过氧化物酶基因（Prx104、Prx121等）在突变体中上调（图6），提示OsTET8通过影响JA通路与氧化还原平衡双重调控根系发育。

值得注意的是，尽管ostet8突变体与过表达株系根系内源JA含量均低于野生型（图3F），二者却呈现相反表型，暗示OsTET8可能通过调控JA信号敏感性或与其他激素互作而非单纯改变JA积累量发挥作用。成熟期农艺性状调查显示，OsTET8主要影响根系结构，对株高、粒形等无显著影响（图S6），凸显其作为根系改良靶标的精准性。

关键技术方法

研究采用CRISPR/Cas9基因编辑构建OsTET8敲除突变体，利用根特异性启动子RCc3驱动过表达；通过qRT-PCR和转录组测序（RNA-seq）分析基因表达与通路富集；亚细胞定位通过PEG介导的水稻原生质体转化与共聚焦显微镜观察；根系表型采用水培体系结合组织切片进行量化；内源JA含量通过UPLC-QqQ-MS/MS检测。

研究结果

OsTET8作为进化保守的TET家族成员

系统进化分析显示OsTET8与拟南芥AtTET5/6同源性最高（图S2），其蛋白含典型四跨膜结构域，提示功能保守。

OsTET8主要在水根根尖表达

qRT-PCR及数据库验证表明OsTET8表达具根特异性，在伸长区及内皮层、中柱富集（图1, 图S3），为其根系功能提供空间依据。

OsTET8负调控水稻根系发育

敲除突变体根系伸长、分枝增强，过表达株系则受抑制（图3），且内源JA水平异常，证明OsTET8通过JA通路负调根系生长。

OsTET8参与根皮层细胞增殖调控

组织学分析发现OsTET8表达量异常均导致皮层细胞层数减少（图4），表明其精确表达为细胞增殖所必需。

转录组分析识别OsTET8调控基因

RNA-seq揭示过表达株系中JA合成与信号通路基因下调，而氧化应激相关基因在突变体中上调（图5, 6），提示OsTET8通过协调JA与氧化还原稳态调控根系发育。

结论与意义

本研究首次阐明OsTET8通过调控JA生物合成与氧化还原稳态关键基因，负向控制水稻根系发育。其ER-质膜双定位特性暗示可能参与JA合成底物运输或信号复合体组装。研究不仅拓展了植物TEP蛋白的功能认知，为作物根系遗传改良提供了新靶点，也为理解激素-氧化还原互作调控器官发育的机制提供了新视角。