南湖新闻网讯（通讯员 汪志鹏）近日，华中农业大学作物遗传改良全国重点实验室、湖北洪山实验室胡红红教授课题组在国际期刊Nature Communications在线发表了题为“WLG coordinates multi-stress tolerance in rice by regulating DST-dependent H2O2 homeostasis and stomatal aperture”的研究论文。研究揭示了WLG-DST-Prx24模块调控气孔运动与活性氧稳态，从而提高水稻干旱、盐和热胁迫耐受性的分子机制。
干旱、盐害与高温胁迫往往在田间叠加发生，严重制约水稻产量。气孔由成对保卫细胞构成，控制CO2吸收与蒸腾失水：在干旱和盐胁迫下，植株需要关闭气孔以保水、限制钠离子吸收，高温下则需开放气孔以蒸腾降温，这一“生理矛盾”在干旱高温叠加时尤为突出。保卫细胞中过氧化氢（H2O2）是关键信号分子，而水稻如何协同调控气孔运动与活性氧信号、抵御多重胁迫的分子机制，此前一直尚不明确。
WIDTH OF LEAF AND GRAIN（WLG）是该课题组前期通过全基因组关联分析鉴定到、能同时调控水稻叶片宽度与谷粒宽度的基因位点，编码RING-H2型E3泛素连接酶。该泛素连接酶可通过降解LARGE2蛋白调控水稻叶宽与粒宽，并以温度依赖的方式调控水稻穗粒数(Yue et al 2024, Plant Cell)。本研究中，课题组研究人员发现WLG基因受干旱、盐和热胁迫诱导，其蛋白稳定性也会在胁迫条件下增强。WLG过表达株系能显著提升水稻在干旱、高盐和高温以及干旱高温复合逆境胁迫下的抗性，而wlg突变体对上述胁迫更为敏感。机制解析结果表明：WLG可直接泛素化并降解转录因子DST，解除DST对过氧化物清除酶基因Prx24的转录激活作用，促使保卫细胞积累H2O2。H2O2积累一方面诱导气孔关闭，降低气孔导度与蒸腾速率，增强植株保水能力并限制钠离子吸收；另一方面诱导热激蛋白表达，提升水稻耐热性。同时，DST可反向抑制WLG的转录，二者形成负反馈回路以维持细胞内H2O2稳态。此外，WLGhap.B对DST的泛素化与降解能力比WLGhap.A更强，携带WLGhap.B的水稻材料耐逆性显著提高，证明WLGhap.B是可同时改良产量与耐逆性的优异单倍型。
该研究阐明了WLG-DST-Prx24模块整合“泛素化降解和转录反馈”调控水稻H2O2稳态和气孔运动的核心机制，为理解作物应对复合胁迫提供了新视角，也为培育高产、抗旱耐盐耐热的水稻品种提供了重要基因靶点。
WLG-DST-Prx24模块调控水稻对干旱、盐和高温胁迫抗性的模型
华中农业大学作物遗传改良全国重点实验室、湖北洪山实验室博士研究生汪志鹏为第一作者，胡红红教授为通讯作者。华中农业大学熊立仲教授也参与了该研究。中国科学院分子植物科学卓越创新中心林鸿宣院士提供了dst突变体材料。已毕业博士生王胜昌、岳志闯、陈永强、袁洋，在读博士生冯雪歌、梁迪云也做出了重要贡献。该研究得到生物育种国家科技重大专项、国家自然科学基金和中央高校基本科研业务费资助。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-77791-8
英文摘要：Abiotic stresses reduce rice growth and yield, yet the mechanisms underlying multiple stress tolerance are unknown. Here, we show that the E3 ubiquitin ligase WIDTH OF LEAF AND GRAIN (WLG) enhances drought, salt, and heat tolerance by ubiquitinating and degrading DROUGHT AND SALT TOLERANCE (DST). This degradation represses PEROXIDASE 24 PRECURSOR (Prx24) expression, increasing guard-cell H2O2 accumulation, reducing stomatal conductance and transpiration rate, thereby improving water retention and limiting sodium uptake under abiotic stress conditions. Elevated H2O2 also induces the expression of heat shock proteins, contributing to enhanced tolerance to heat stress. DST, in turn, transcriptionally represses WLG, establishing a negative feedback loop that fine-tunes H2O2 homeostasis and stress responses. Moreover, WLGhap.B promotes stronger DST degradation than WLGhap.A. Our findings elucidated the WLG-DST-Prx24 module as a central regulatory mechanism governing H2O2 dynamics under multiple abiotic stresses, highlighting the potential of WLGhap.B for developing multiple stress-resistant rice varieties in a changing climate.
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