SummaryHeat stress (HS) has become a major factor limiting crop yields worldwide. HS inhibits plant growth by ROS accumulation, and NADPH oxidases (Rbohs) are major ROS producers in plants. Here, we show that CRISPR/Cas knockout of the OsRbohB (OsRbohB‐KO) significantly increased rice tolerance to HS imposed at various different growth stages. We produced OsRbohB‐KO and OsRbohB‐overexpression (OsRbohB‐OE) lines in a japonica cultivar, Nipponbare. Compared with nontransgenic wild‐type (WT) plants, the OsRbohB‐KO lines showed a significant increase in chlorophyll contents (5.2%–58.0%), plant growth (48.2%–65.6%) and grain yield (8.9%–20.5%), while reducing HS‐induced ROS accumulation in seeds (21.3%–33.0%), seedlings (13.0%–30.4%), anthers (13.1%–20.3%) and grains (9.7%–22.1%), under HS conditions. Analysis of yield components revealed that the increased yield of OsRbohB‐KO plants was due to increased starch synthetase activity, spikelets per panicle (2.0%–9.3%), filled spikelets (4.8%–15.5%), percentage of filled spikelets (2.4%–6.8%) and 1000‐grain weight (2.9%–7.4%) under HS conditions during the reproductive stage. Grain milling and appearance quality, and starch content were also significantly increased in OsRbohB‐KO plants under HS conditions during the mature stage. Furthermore, OsRbohB‐KO significantly upregulated the expression levels of heat shock‐related genes, OsHSP23.7, OsHSP17.7, OsHSF7 and OsHsfA2a, in rice seedlings and grains under long‐term HS conditions. Conversely, OsRbohB‐OE resulted in phenotypes that were opposite to OsRbohB‐KO in most cases. Our results suggest that suppression of OsRbohB provides an effective approach for alleviating heat damage and improving grain yield and quality of rice under long‐term HS conditions.

中文翻译：

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NADPH 氧化酶基因 OsRbohB 的 CRISPR/Cas 敲除可减少水稻 ROS 过度积累并提高耐热性


摘要热应激 （HS） 已成为限制全球作物产量的主要因素。HS 通过 ROS 积累抑制植物生长，NADPH 氧化酶 （Rbohs） 是植物中主要的 ROS 产生者。在这里，我们表明 OsRbohB （OsRbohB-KO） 的 CRISPR/Cas 敲除显着增加了水稻对各种不同生长阶段施加的 HS 的耐受性。我们在日本粳稻品种中产生了 OsRbohB-KO 和 OsRbohB-过表达 （OsRbohB-OE） 系。与非转基因野生型 （WT） 植物相比，OsRbohB-KO 品系在 HS 条件下叶绿素含量 （5.2%–58.0%） 、植物生长 （48.2%–65.6%） 和籽粒产量 （8.9%–20.5%） 显著增加，同时减少了 HS 诱导的种子 （21.3%–33.0%） 、幼苗 （13.0%–30.4%）、花药 （13.1%–20.3%） 和籽粒 （9.7%–22.1%） 的 ROS 积累。产量构成因素分析表明，OsRbohB-KO 植株产量的增加是由于在生殖阶段 HS 条件下淀粉合成酶活性增加、每穗小穗小穗 （2.0%–9.3%）、填充小穗 （4.8%–15.5%）、填充小穗百分比 （2.4%–6.8%） 和 1000 粒重 （2.9%–7.4%）。在成熟期，HS 条件下 OsRbohB-KO 植株的碾磨和外观品质以及淀粉含量也显著增加。此外，在长期 HS 条件下，OsRbohB-KO 显着上调水稻幼苗和籽粒中热休克相关基因 OsHSP23.7 、 OsHSP17.7 、 OsHSF7 和 OsHsfA2a 的表达水平。相反，在大多数情况下，OsRbohB-OE 导致与 OsRbohB-KO 相反的表型。我们的结果表明，在长期 HS 条件下，抑制 OsRbohB 为减轻热损伤、提高水稻产量和品质提供了一种有效的方法。