绿色新闻网
  您现在的位置>> 新闻首页>> 教学科研

高精尖创新中心研究团队发表调控木豆抗旱性的分子机制相关论文

  日前,我校林木分子设计育种高精尖创新中心付玉杰教授团队在植物学权威期刊《The Plant Journal 》 在线发表了题为“The Pigeon Pea CcCIPK14-CcCBL1 Pair Positively Modulates Drought Tolerance by Enhancing Flavonoid Biosynthesis”的研究论文,揭示了 CcCIPK14-CcCBL1 调节类黄酮的生物合成提高木豆耐旱性的分子机制。这是继2019年发表在 《Plant Biotechnology Journal 》杂志后关于根系转基因体系后的实际应用研究。

  

  木豆作为药食同源的唯一的豆科木本作物,具有适应性强、胁迫耐受性高等特点,是中国南方喀斯特地区可持续农业系统的理想作物。尽管木豆具有优异的胁迫耐受性,但长期干旱(即土壤中水的逐渐消耗)仍然是限制木豆产量的主要因素,特别是在关键的苗期和生殖期。类黄酮等小分子化合物作为植物界广泛存在的多酚类化合物,在植物生长发育中发挥关键作用,尤为重要的是,类黄酮类物质也对植物抵御逆境胁迫过程起到重要的调控作用。

 

  木豆等非模式植物的研究因缺乏有效而稳定的转基因体系而受到困扰。因此,建立一种稳定高效的转基因体系是至关重要的。为此,该课题组前期建立了木豆Hairy-Root高效根部转基因体系。依据此方法课题组研究发现木豆 CcC IPK13 和 CcC IPK14 的OE株系可增强植物的耐旱性。该研究首先鉴定出木豆所有CIPK家族基因,并筛选出干旱7天和14天时显著上调表达的基因: CcC IPK4 , CcC IPK13 , CcC IPK14 , CcC IPK23 , CcC IPK26 。然后利用Hairy-Root高效根部转基因体系构建 CcC IPK4 , CcC IPK13 , CcC IPK14 , CcC IPK23 , CcC IPK26 的OE株系,测定它们的类黄酮含量以及在干旱7天和14天时的成活率。结果表明, CcC IPK13 和 CcC IPK14 的OE株系的的类黄酮含量和成活率与对照相比显著提升,证明 CcC IPK13 和 CcC IPK14 可能是木豆抗旱过程中的关键基因。

 

  在此基础上该研究使用 CcCIPK14 为诱饵,进行了酵母双杂交筛库,并筛选出六个互作蛋白:CBL1、CcCIPK5、 CcADF2、CcCYTb 和 CcAP4L。为了验证该结果的准确性,同时用Y2H和BiFC实验进行验证。此外研究发现CcCIPK14在体外表现出自磷酸化以及对CcCBL1的磷酸化,证明 CcC IPK14 - C c CBL 可能在木豆抗旱过程中的发挥重要作用。

 

  最后,该课题组获得了 CcCBL1 的RNAi和OE株系,发现转基因木豆中CcCBL1的过表达使植物在干旱胁迫下显示出更高的存活率,以及类黄酮生物合成基因和类黄酮含量的更高表达。RNAi株系导致CcCBL1转录水平降低的植物的存活率较低,这表明CcCBL1与CcCIPK14处于同一途径。充分说明了 CcCIPK14 - CcCBL 通过促进类黄酮生物合成增强木豆的抗旱性。 

 

  本研究相关内容,深度解析了 CcCIPK14 - CcCBL 在木豆抵御干旱胁迫中的分子机制,为木豆中类黄酮的作用提供新的见解,并为培育优良抗旱性状作物的分子育种奠定基础,提供新思路。

  

 

  本文通讯作者付玉杰教授常年从事次生代谢产物合成及经济林木发育和抗逆等相关研究,共同通讯作者为林学院青年教师杨清,第一作者为高精尖中心/林学院孟冬教授和董碧莹博士。牛丽丽博士后、宋治华博士和曹红燕硕士等人也在该研究中完成了部分工作。本研究得到了国家重点研发计划(2019YFD1000605-1)、国家自然科学重点基金(319300761)、北京林业大学杰出青年人才基金(2019JQ03009)、国家自然科学青年基金(31901281, 31800509)、国家自然科学优秀青年基金(31922058)、高等学校学科创新引智111项目(B20088)和黑龙江头雁计划(林木遗传和育种创新团队)的资助。

作者:董碧莹;审稿:延晓康      |     编辑:胡洪昊; 审核:杨金融