aBIOTECH | 邱金龙团队揭示水稻中ICS途径不参与水杨酸的合成

水杨酸（SA）是一种重要的植物防御激素，在植物抗病免疫过程中发挥关键作用。在植物中，SA可通过异分支酸合酶（ICS）途径和苯丙氨酸解氨酶（PAL）两条独立的途径产生。过去30年，以拟南芥为模型的研究，特别是拟南芥中ICS途径的全面解析，使我们对SA生物合成的认识取得了巨大进展。研究认为，ICS途径在植物防御过程中的SA合成中发挥着主导作用。在ICS途径中，叶绿体产生的分支酸在ICS的催化作用下生成异分支酸，异分支酸被转运至细胞质中，经PBS3和EPS1催化生成SA。然而，在十字花科以外的大多数植物物种中，尚未发现PBS3或EPS1的明确直系同源基因。因此，ICS途径对十字花科以外的植物中SA生物合成的贡献仍需进一步分析。

近日，中国科学院微生物研究所邱金龙团队在aBIOTECH发表了题为“Isochorismate synthase is required for phylloquinone, but not salicylic acid biosynthesis in rice”的研究论文，揭示了水稻中ICS不参与水杨酸的合成。

水稻基因组中包含一个ICS基因。该研究通过CRISPR-Cas9基因组编辑获得了OsICS基因的功能缺失突变体。Osics突变体呈现植株黄化、矮小且致死的表型，其株高、鲜重和叶绿素含量均显著降低，与光合作用相关的基因表达也受到影响。然而，与野生型相比，Osics突变体中水杨酸的含量无显著变化，表明水稻中ICS不参与水杨酸的合成。ICS产生的异分支酸，除了用于SA的合成，也是叶绿体电子传递链中的电子受体叶绿醌的前体。在Osics突变体中，几乎检测不到叶绿醌的存在，说明OsICS功能缺失阻断了水稻中分支酸的合成。通过外源施加叶绿醌前体1,4-dihydroxy-2-naphthoic acid (NA)，可拯救Osics突变体植物的生长缺陷。

图 1 OsICS不参与水稻中水杨酸的合成

以上结果表明OsICS催化产生的分支酸是叶绿醌合成所必须的。这一研究结果同样也表明水稻中水杨酸的合成与大麦类似，是通过不依赖于ICS的途径合成的。这暗示在禾本科植物中，非ICS途径合成水杨酸很可能是普遍存在的。该研究初步阐明了水稻OsICS的生物学功能，为解析水稻中SA新的合成途径提供了新的线索。

中国科学院微生物研究所博士后王曾茜和山西农业大学联合培养硕士研究生杨贵清为文章共同第一作者，邱金龙研究员和其团队吴杰博士为通讯作者。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、植物基因组学国家重点实验室开放项目以及山西农业大学生物育种工程项目的资助。

引用本文：Wang, Z., Yang, G., Zhang, D. et al. Isochorismate synthase is required for phylloquinone, but not salicylic acid biosynthesis in rice. aBIOTECH (2024). https://doi.org/10.1007/s42994-024-00166-4

实验室简介

中国科学院微生物研究所邱金龙研究组主要从事植物抗病机理以及生物技术通用方法的研究，具体研究内容包括如下三个方面：1）植物广谱抗性的分子机制研究，为培育广谱、持久的植物抗病品种提供理论支撑；2）植物病原微生物的基因组学和合成生物学研究；3）通用生物技术方法研究，为植物功能基因研究和遗传改良提供技术支撑。近年来，课题组建立了植物蛋白时空高效调控系统及基因组编辑技术体系，尤其在基因组编辑抗病育种研究中取得了重大成果，相关成果发表在Nature, Nature Biotechnology, Genome Biology, Nature Plants, Molecular Plant, Plant Cell等国际重要刊物上。

邱金龙实验室简介

研究组拟招聘特别研究助理（博士后）3-5名。

有意申请者请将个人简历发送至邱老师邮箱：qiujl@im.ac.cn

详情可见：https://www.im.cas.cn/zp2018/bshzp/202405/t20240514_7159582.html

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