近日，国家重点实验室、水稻研究所李双成/邹挺团队在水稻铁硫簇（Fe–S clusters）生物合成及环境胁迫适应研究领域取得新进展，相关研究成果系统揭示了水稻硫利用因子（SUF）系统的分子组成及其核心功能。该研究成果已在线发表于植物学领域知名期刊The Plant Journal，为水稻抗逆育种改良提供了新理论依据和基因靶点。
Fe–S clusters是生物体内多种生命活动不可或缺的辅助因子，广泛参与呼吸作用、光合作用、DNA修复等关键生理过程，其功能异常会直接影响生物体正常生长发育。在植物叶绿体中，铁硫簇的生物合成主要由进化上高度保守的SUF途径介导，该途径在维持叶绿体功能稳态中发挥着核心作用。然而，目前关于水稻SUF系统的分子组成，及其在叶绿体生物学功能调控和环境胁迫适应中的具体作用仍不清楚，制约了相关领域的研究与应用推进。
本研究聚焦水稻SUF系统展开研究，重点解析了细菌及植物SUFD同源基因在水稻中的功能。研究发现，水稻中该同源基因（命名为OsSUFD）发生突变后，会导致叶绿体发育异常，同时引发叶片早衰现象，明确了OsSUFD在水稻生长发育中的关键作用。生化分析显示，OsSUFD可与OsSUFB、OsSUFC组装形成叶绿体支架复合物，为铁硫簇的生物合成提供结构基础；值得关注的是，OsSUFC还能与一种叶绿体DNAJ分子伴侣相互作用，而后者被推测是铁硫簇生物合成过程中的潜在铁供体，进一步完善了水稻SUF系统的分子作用网络。研究同时证实，OsSUFD基因突变会破坏水稻体内铁稳态，显著降低质体铁硫蛋白的积累，这与铁硫簇生物合成受阻的表型高度一致，进一步验证了OsSUFD在铁硫簇合成中的核心功能。
此外，研究还发现OsSUFD功能受损会显著降低水稻对氧化胁迫和热胁迫的耐受性，表现为胁迫条件下活性氧（ROS）大量积累、叶绿素含量下降，进而加剧植株生理损伤；与之相反，过量表达OsSUFD基因可显著增强水稻对这两种胁迫的耐受能力，有效缓解胁迫带来的生理损伤，证实了OsSUFD在水稻逆境响应中的重要调控作用。
综上，该研究首次明确了水稻SUF系统的保守结构特征，系统揭示了OsSUFD基因在铁硫簇生物合成、叶绿体功能维持以及环境胁迫耐受性调控中的多重核心作用，同时为解析植物SUF系统的进化保守性与功能特异性提供了重要参考。铁硫簇合成与植物抗逆性、生长发育密切相关，该研究不仅填补了水稻SUF系统功能研究的空白，丰富了植物铁硫簇生物合成的分子调控理论，同时发掘了一个具有应用潜力的水稻抗逆改良潜在靶点。
水稻所青年教师邹挺和国家重点实验室2023级在读硕士生王锐为该论文共同第一作者，邹挺讲师与李双成教授为共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、四川省自然科学基金以及国家重点实验室揭榜挂帅等项目的资助。
图：OsSUFD调控水稻叶绿体功能以及环境胁迫耐受性的分子机制
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.70886
