水稻是重要粮食作物，而干旱是造成水稻减产的主要非生物胁迫之一。近年来，由于高温、季节性水资源短缺以及农业灌溉用水增加均进一步加剧了干旱对水稻生产的影响。了解水稻响应干旱胁迫的机制对维持水稻生产力、提高产量至关重要。

    类黄酮作为非酶抗氧化剂通过清除活性氧（ROS）在植物抵御干旱胁迫中发挥重要作用。查尔酮异构酶基因OsCHI是类黄酮生物合成途径中的关键基因，正向调控类黄酮积累。OsCHI3是7个查尔酮异构酶基因家族成员之一，关于OsCHI3在响应干旱胁迫中的机制尚不清楚。

    近日，湖南农业大学/岳麓山实验室水稻品种创制中心段美娟研究员团队在The Crop Journal在线发表了题为“Chalcone isomerase gene (OsCHI3) increases rice drought tolerance by scavenging ROS via flavonoid and ABA metabolic pathways”的研究论文，揭示了查尔酮异构酶基因OsCHI3通过调控类黄酮和脱落酸（ABA）代谢途径提高水稻耐旱性的分子机制。

    与对照相比过表达OsCHI3显著提高水稻苗期干旱胁迫耐受力，而OsCHI3基因缺失则降低水稻苗期耐旱性，表明OsCHI3在水稻苗期干旱响应中发挥了积极调控作用。OsCHI3受干旱刺激上调表达通过增加水稻中类黄酮积累参与水稻响应干旱胁迫。转录组分析发现，XK02与OsCHI3-OE株系的差异表达基因（DEGs）显著富集在氧化还原酶活性、抗氧化活性和过氧化物酶活性等GO条目，暗示OsCHI3可能通过影响抗氧化系统清除ROS从而提高水稻苗期耐旱性，这一结论通过生理生化分析得到了进一步证实（图1）。外源施加ABA可以恢复OsCHI3敲除株系（oschi3-CR）的苗期耐旱性（图2）。与对照相比干旱胁迫诱导oschi3-CR株系中OsNED1下调表达和OsABA8ox3上调表达，降低水稻中的ABA积累。综上所述，该研究发现当水稻遭受干旱胁迫时会增强OsCHI3转录，进而促进幼苗中类黄酮积累；类黄酮除了直接清除ROS外，还作为信号分子通过影响OsNCED1和OsABA8ox3表达促进ABA生物合成。而ABA则通过增强抗氧化物酶活性进一步加强水稻对ROS的清除能力，最终提高水稻苗期耐旱性（图3）。本研究鉴定了调控水稻苗期耐旱性的新机制，为水稻抗旱性育种研究提供了新的线索。

图1 干旱胁迫下OsCHI3通过提高CAT、POD和SOD等抗氧化物酶活性清除水稻幼苗中ROS积累

图2 外源ABA通过降低干旱胁迫下水稻幼苗中ROS积累恢复oschi3-CR株系苗期耐旱性

图3 干旱胁迫下OsCHI3调控合成的类黄酮通过影响OsNCED1和OsABA8ox3表达促进水稻幼苗中脱落酸积累

作者和基金项目

湖南农业大学农学院硕士研究生刘停和刘玲博士为该论文共同第一作者，湖南农业大学/湖南女子学院段美娟研究员、湖南农业大学/岳麓山实验室叶能辉教授、杂交水稻全国重点实验室袁定阳研究员为该论文的共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金项目（U21A20208），湖南省科技创新计划（2023NK1010、2024NK1010）的资助。

通讯员：叶能辉