摘要：水稻是全球最重要的粮食作物之一，但其生长常受盐害与干旱胁迫的严重威胁。γ-氨基丁酸（GABA）在调控植物生长和应对各类胁迫中发挥着重要作用。GABA转运蛋白（GAT）是植物中运输GABA的关键跨膜转运蛋白，对植物生长发育及抗逆防御具有重要作用。尽管目前已有研究

水稻是全球最重要的粮食作物之一，但其生长常受盐害与干旱胁迫的严重威胁。γ-氨基丁酸（GABA）在调控植物生长和应对各类胁迫中发挥着重要作用。GABA转运蛋白（GAT）是植物中运输GABA的关键跨膜转运蛋白，对植物生长发育及抗逆防御具有重要作用。尽管目前已有研究报道GABA转运基因在拟南芥、番茄、杨树等植物中具有增强植物抗逆性的作用，然而尚未见水稻中GAT基因的相关报道。

近期，贵州大学农学院/水稻产业技术研究院赵全志教授团队在The Crop Journal在线发表了题为“GABA transporter OsGAT3 is required for growth and yield in rice under salt and drought stress”的研究论文，该研究发现OsGAT3通过介导GABA运输增强水稻对盐害与干旱胁迫的抗性进而促进水稻生长和产量。

作者对水稻种质资源中的GABA转运基因OsGAT3的自然变异进行了分析，发现其主要存在4种启动子单倍型，OsGAT3的表达水平与分蘖数及氮利用效率（NUtE）呈正相关。启动子GUS染色表明，OsGAT3在根、茎和叶片中高表达，且亚细胞定位显示OsGAT3位于细胞膜，酵母底物测试表明OsGAT3介导了GABA和其他氨基酸的运输。通过构建OsGAT3的超表达和突变体材料显示水稻超表达材料的分蘖数和产量均上升，表明OsGAT3正调控水稻分蘖和产量。进一步通过盐害与模拟干旱处理实验表明，添加GABA后OsGAT3能够通过促进GABA的吸收和转运从而增强水稻对盐害与干旱的抗性，并在这些逆境条件下提高产量。在盐害或模拟干旱处理后对OsGAT3超表达、突变体植株及对照ZH11进行转录组测序分析表明，超表达及突变体植株与ZH11相比存在大量差异表达基因，盐胁迫耐受性与苯丙烷类生物合成通路、磷酸戊糖途径及MAPK信号通路相关，而干旱耐受性则与光合作用增强、乙醛酸和二羧酸代谢提升以及类胡萝卜素生物合成加强有关。综上所述，该研究揭示了水稻γ-氨基丁酸转运基因OsGAT3在盐害和干旱胁迫下调控水稻生长和产量，在非生物胁迫下水稻产量提升上具有较高的应用潜力。

图1 水稻GABA转运基因OsGAT3在不同水稻种质资源中的自然变异

图2 水稻GABA转运基因OsGAT3超表达和突变体材料的表型

图3水稻GABA转运基因OsGAT3超表达和突变体材料在盐胁迫下的表型

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4 水稻GABA转运基因OsGAT3

调控胁迫反应的模式图

作者和基金项目

贵州大学农学院/水稻产业技术研究院硕士研究生王传波和杭俊楠为该文共同第一作者，赵全志教授和方中明教授为共同通信作者，水稻产业技术研究院郑常博士也参与了相关工作。该研究得到了贵州省重点实验室项目（Qiankehezhongyindi (2023) 008）、贵州省优秀青年科技人才项目（Qiankehepingtairencai-YQK (2023) 002）和贵州省基础研究计划重点项目（Qiankehejichu-ZK (2022) Key 008）等的支持。

来源：新农村新环境新生活