中国农业科学｜浙江大学关亚静课题组揭示OsFWL3对水稻金属离子转运和积累的调控作用

水稻（Oryza sativa L.）是世界上最重要的主食之一，养活世界一半以上人口，然而随着全球人口的不断增加，工业化进程加快，工业垃圾和废水的过度排放导致土壤中有毒重金属积累，严重影响水稻质量和产量。重金属如锌（Zn）、锰（Mn）、铁（Fe）、铜（Cu）和钴（Co）等是植物生长发育所必需的金属元素，也是人体必需的微量元素。其中，Zn和Mn是许多酶的辅因子，参与蛋白质和碳水化合物的合成，调节光合作用，过量或缺乏都会影响植物的生长。此外，镉（Cd）、铅（Pb）等重金属是植物生长的非必需重金属，且Cd是土壤中毒性最大的污染物之一，严重影响植物的生长和发育，大大降低作物产量，并且易在农作物中积累影响人类健康。因此，保持作物中微量金属元素的平衡，减少有毒重金属的积累是改善作物品质、保证食品安全的关键。

近期，浙江大学关亚静课题组完成的题为“OsFWL3调控水稻金属离子转运和积累的研究”在《中国农业科学》2024年第57卷21期正式发表。

通过生物信息学方法，分析OsFWLs家族基因概况、基因组结构及系统进化树，并预测OsFWL3的时空表达分析。利用CRISPR/Cas9基因编辑技术，获得2个Osfwl3敲除株系，在苗期和灌浆期进行ZnSO₄处理，分析处理后的幼苗和籽粒表型，测定Zn等金属元素含量变化，探究OsFWL3对Zn等金属离子转运和积累的影响。

水稻OsFWL3及FWL基因家族生物信息学分析

结果显示，OsFWLs家族基因功能存在一定程度的相似性。OsFWL3在花药和圆锥花序中高表达，暗示其与水稻生殖发育密切相关，突变体Osfwl3的一级枝梗数显著增多，其种子在长度、厚度和百粒重方面显著大于WT。

OsFWL3调控水稻植株生长和籽粒大小

同时，OsFWL3影响水稻幼苗和籽粒中Zn等金属离子的含量和分布，OsFWL3缺失影响Zn、Cd、Mn从植株地下部向地上部、穗下部向穗中部以及稃壳向糙米的竞争性转运。

OsFWL3影响水稻苗期Zn等金属离子的积累和转运

OsFWL3影响水稻灌浆期Zn等金属元素的积累和转运

综上，OsFWL3影响水稻籽粒及植株中Zn等金属元素的积累和转运，对水稻植株生长发育和籽粒大小均起重要调控作用。

该研究获得海南省自然科学基金（322CXTD522）、三亚崖州湾科技城博士研究生科研创新基金（HSPHDSRF-2023-04-017）、苏州市农业科技创新项目（SNG2022063）的资助。

论文链接：

《OsFWL3调控水稻金属离子转运和积累的研究》

引用本文：

刘苡含, 牟青山, 贺响, 陈敏, 胡晋, 关亚静. OsFWL3调控水稻金属离子转运和积累的研究[J]. 中国农业科学, 2024, 57(21): 4161-4174.

LIU YiHan, MU QingShan, HE Xiang, CHEN Min, HU Jin, GUAN YaJing. Study on the Involvement ofOsFWL3 in the Regulation of Metal Ion Transport and Accumulation in Rice[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2024, 57(21): 4161-4174.