在农业生物育种国家科技重大专项、广东省自然科学基金等项目资助下，华南农业大学生命科学学院研究员彭新湘、副研究员张智胜课题组揭示了植物草酸代谢调控的新机制——该过程主要由糖酵解途径主导，而非学界长期认为的光呼吸代谢。相关成果近日发表于《植物生理学》（Plant Physiology）。

水稻中草酸盐积累与调控的代谢模型。研究团队供图

草酸是自然界最简单的二元羧酸，广泛存在于各类生物体中。在植物中，其含量通常远高于其他代谢物，可达组织干重的3%-5%。大量研究表明，草酸在植物中承担重要生理功能，包括抵御生物与非生物胁迫、维持细胞离子平衡、调节光合二氧化碳浓度及影响作物营养品质；在哺乳动物中，草酸则与肾结石、高草酸尿症等多种疾病密切相关。因此，阐明植物草酸合成代谢通路及其调控机制，不仅有助于改良作物抗逆性和光合效率，也为合理调控草酸含量、改善食品品质提供理论依据。

长期以来，学术界认为植物中存在三条草酸合成途径：光呼吸乙醇酸/乙醛酸氧化途径、抗坏血酸降解途径和草酰乙酸水解途径。然而，各方证据说服力不足，该问题至今仍存争议。课题组自20世纪80年代起持续关注该领域，虽发表系列论文，但因部分实验结果难以解释，研究曾多次停滞、进展缓慢。

早期研究已表明，通过RNA干涉下调水稻硝酸还原酶（NR）可显著降低草酸含量。本研究进一步利用CRISPR/Cas9技术构建了NR三突变体及NiR2突变体水稻材料，发现两类突变体的草酸含量均显著下降。外源施加亚硝酸盐（NR+亚硝酸盐）或硝酸盐（NiR+硝酸盐）可恢复突变体的草酸积累。此外，施加光呼吸代谢物（如乙醇酸、乙醛酸、甘油酸）及其他有机酸（如草酰乙酸）同样能恢复草酸水平，提示这些中间代谢物与草酸合成密切关联。

对上述草酸含量差异显著的材料进行转录组和代谢组分析，结果显示草酸积累与糖酵解及三羧酸循环（TCAC）相关基因的表达及中间代谢物含量呈显著正相关。糖酵解中间产物（磷酸烯醇式丙酮酸和3-磷酸甘油酸）可恢复草酸积累，而其代谢抑制剂（3-溴丙酮酸和碘乙酸）则抑制草酸积累，进一步证实糖酵解驱动水稻草酸合成。同时，该研究揭示了光呼吸与糖酵解之间的代谢关联，并为长期争议的“光呼吸代谢正向调控植物硝酸盐同化”提供了更直接证据，即光呼吸通过糖酵解介导，间接调控硝酸盐同化过程。

相关论文信息：https://doi.org/10.1093/plphys/kiag357