华南农业大学团队成功揭示水稻早衰全新机制
华南农业大学团队成功揭示水稻早衰全新机制
在国家重点研发计划等项目的资助下，华南农业大学农学院教授陈乐天/谢勇尧团队在水稻研究领域取得重要突破，成功揭示了水稻早衰的新机制。相关成果近日发表于《植物生理学与生物化学》（ Plant Physiology and Biochemistry ）。
OsPSE1调控水稻衰老的工作模型。研究团队供图
水稻作为全球最重要的粮食作物之一，其产量对于保障全球粮食安全意义重大。然而，植株叶片早衰问题一直是制约水稻高产的关键瓶颈。在水稻灌浆期，若过早出现衰老现象，将直接导致光合效率降低、养分转运受阻，进而造成结实率下降、千粒重减轻，最终严重影响粮食产量。尽管目前已经克隆出数百个与衰老相关的基因，但根系细胞壁组分代谢究竟如何调控植物叶片衰老这一核心问题，长期以来一直未能得到清晰解答。
研究团队以前期发现的水稻早衰突变体ospse1为研究对象，运用图位克隆、基因编辑、遗传互补等一系列先进的实验技术展开深入研究。研究证实， OsPSE1 是控制水稻灌浆期衰老的关键基因，它编码一种在水稻根部高表达的重要果胶裂解酶。进一步的研究发现，OsPSE1蛋白主要定位于根细胞质膜，其功能是通过降解果胶、维持细胞壁果胶的稳态，从而保障根系对养分的吸收效率。而在突变体中，该蛋白出现异常，滞留于细胞核内，导致酶活性显著降低。这一变化使得根部细胞壁中的果胶与甲酯化同型半乳糖醛酸异常累积，细胞壁结构发生紊乱，养分吸收能力随之下降，最终引发水稻在灌浆期提前早衰。
有趣的是，研究还发现过量表达OsPSE1能够显著延长水稻的营养生长期与生殖生长期。具体表现为叶片持绿期更长，养分吸收效率更高，整体生育周期得到合理延长，这为提升水稻产量和稳产性提供了新的可能。基于以上研究，该团队成功建立了“根壁果胶代谢→养分吸收→植株衰老”的完整调控通路，有力地证明了根系细胞壁稳态是决定水稻衰老进程的核心节点之一。
该研究鉴定并揭示了果胶裂解酶基因 OsPSE1 通过调控水稻根部细胞壁果胶代谢，进而影响水稻根部营养吸收能力，最终调控植株衰老的分子机制。这一成果为解决水稻生产中“早衰减产”的难题提供了坚实的理论指导，也为水稻育种开辟了新的思路。
相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2026.111301