科技日报记者 刘霞
韩国全南国立大学科学家新发现了一个名为OsFeSOD3的水稻基因，它在保护植株免受逆境胁迫、支持叶绿体发育方面发挥着双重作用。这一发现对作物改良具有重要意义，相关论文发表于最近出版的《植物生物技术杂志》。
气候变化导致干旱等环境胁迫日益加剧，而干旱会损伤叶绿体发育，削弱光合效率，最终导致减产。在此背景下，稳定并提升作物产量已成为全球农业的重大挑战。尽管科学家已清楚叶绿体对植物的生长举足轻重，但对于协调叶绿体发育与逆境响应的分子机制，却知之甚少。
在这项最新研究中，团队发现，OsFeSOD3编码一种叶绿体中的铁超氧化物歧化酶，这种酶以清除活性氧（ROS）著称。ROS正是环境胁迫下堆积的有害分子。遗传分析表明，干旱诱导的ROS最初从叶绿体蓄积，随后扩散至整个细胞。提高OsFeSOD3的表达，能降低叶绿体中的ROS水平，减少细胞损伤，使水稻植株更加耐旱。
除了抗氧化，OsFeSOD3还是质体编码RNA聚合酶（PEP）复合物的组分，而PEP是驱动叶绿体基因表达和发育的分子机器。通过与其他PEP蛋白直接互作，OsFeSOD3精巧地调节着叶绿体的生物合成，将抵御逆境与维持光合能力紧紧系在一起。这种“身兼双职”的本领，让该基因能在不利环境下，既守护叶绿体健康，又支撑植株存活。
为验证其农业价值，团队连续两个生长季开展了田间试验。在干旱条件下，过量表达OsFeSOD3的水稻，产量比野生型高出33%—42%。反之，用CRISPR-Cas9技术敲除该基因的水稻，则出现严重的叶绿体缺陷，叶片白化、生长停滞，鲜明地凸显出它在正常发育中不可或缺。
团队表示，育种专家常常要在丰产性与抗逆性之间艰难取舍，因为抗逆性增强有时会压低产量。OsFeSOD3能同步强化抗逆并支撑光合作用，有望突破这个长期瓶颈。
