中国农业科学院深圳基因组所叶国友研究员团队在TOP期刊(IF=13)发表科研成果:OsZIP10基因启动子的自然变异调控水稻籽粒锌的积累

“Natural variation in OsZIP10 promoter contributes to grain zinc accumulation in rice”文章发表在《Journal of Advanced Research》。水稻质膜定位转运蛋白OsZIP10是调控籽粒锌积累（GZC）和缺锌耐受性（ZDT）的关键基因，其启动子B1-like基序的A-to-G自然变异可增强F-bZIP家族转录因子OsbZIP48/49/50的结合能力，上调OsZIP10表达，促进锌的根-冠转运和籽粒分配；利用胚乳特异性启动子EnhGt13a驱动OsZIP10表达，可在不影响水稻产量和其他矿质元素积累的前提下显著提升籽粒锌含量，F-bZIPs通过B1-like和ZDRE/ZDRE-like基序调控锌稳态是禾谷类作物的保守机制。

研究背景

锌是动植物和人类必需的微量元素，全球约50%的谷类种植土壤有效锌含量低，17.3%的人口因饮食缺锌面临健康风险。水稻作为半数人口的主食，其籽粒锌生物强化是解决缺锌问题的关键，但籽粒锌积累的分子调控机制尚未明确。已有研究表明OsZIP10可能参与锌稳态调控，但其功能及自然变异的作用仍缺乏直接证据，F-bZIPs与锌转运蛋白模块的自然变异关联也未被揭示。

实验方法

以粳稻日本晴为背景，通过CRISPR/Cas9构建OsZIP10、OsbZIP50敲除株系，构建过表达（OE）株系及胚乳特异性表达株系；结合水培、盆栽和田间试验（连云港、海南），分析植株表型、锌积累及农艺性状；利用⁶⁷Zn稳定同位素标记、GUS染色、亚细胞定位明确OsZIP10的功能和表达模式；通过Y1H、Y2H、EMSA、双荧光素酶报告实验验证F-bZIPs与OsZIP10启动子的结合；对1718份水稻种质进行OsZIP10单倍型分析，结合转基因互补实验验证自然变异的功能。

核心结果

OsZIP10主要在旗叶鞘韧皮部、第1节木质部和发育籽粒表达，敲除该基因抑制锌的根-冠转运，过表达则促进锌向籽粒分配，且不影响产量和其他矿质元素积累；

F-bZIPs（OsbZIP48/49/50）可通过ZDRE/ZDRE-like和新发现的B1-like基序结合OsZIP10启动子并激活其表达；

OsZIP10启动子B1-like基序的A-to-G变异（HapG单倍型）增强了F-bZIPs的结合能力，使基因表达和籽粒锌含量显著高于HapA单倍型，ComHapG株系籽粒锌含量较ComHapA提高71.38%；

胚乳特异性启动子EnhGt13a驱动OsZIP10表达的株系，籽粒锌含量较玉米UBI启动子株系提高29.88%；

OsbZIP50通过调控OsZIP10等基因影响锌吸收和转运，其敲除株系籽粒锌含量降低，过表达OsZIP10可部分恢复该表型。

研究结论

本研究明确了OsZIP10通过介导锌的根-冠转运和籽粒分配调控水稻缺锌耐受性和籽粒锌积累的核心功能，揭示了F-bZIPs通过B1-like和ZDRE/ZDRE-like基序调控OsZIP10表达的分子机制，且该调控模块在禾谷类作物中保守。OsZIP10启动子B1-like基序的自然变异是水稻籽粒锌含量差异的重要原因，HapG为优异单倍型。利用分子标记辅助选择导入HapG、基因组编辑改造启动子或采用胚乳特异性启动子驱动OsZIP10表达，是水稻锌生物强化的有效策略，为培育高锌水稻品种提供了基因资源和技术途径。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.jare.2026.01.084