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研究成果

Plant Journal—安渊团队揭示转录因子MsMYB741调控苜蓿耐铝毒的分子机制

发布时间:2022-09-28 

紫花苜蓿Medicago sativa)为豆科苜蓿属多年生草本植物,是全球栽培最广的豆科牧草,其蛋白质含量高、维生素及矿物质含量丰富,产草量高,有“牧草之王”之美誉。在我国南方红壤地区,由于红壤具有强酸、高活性铝(Al3+)的特性,对紫花苜蓿的生长和发育产生了极大的铝毒抑制作用,严重制约了南方草地畜牧业的发展。因此,亟需开展紫花苜蓿耐铝毒机理研究,为进一步开展铝毒耐受型紫花苜蓿分子育种提供基因资源和理论支撑。

近日,上海交大万博manbetx网页版在线登录安渊教授团队在The Plant Journal在线发表了题为 MsMYB741 is involved in alfalfa resistance to aluminum stress by regulating flavonoid biosynthesis的研究论文,揭示了MYB转录因子MsMYB741正向调控紫花苜蓿类黄酮生物合成及提高苜蓿耐铝毒能力的作用机理。

MYB转录因子是植物体内最大的转录因子家族之一,广泛参与包含非生物胁迫应答响应及次生代谢调控等众多分子与生理过程。类黄酮(Flavonoids)是一大类非常重要、含多酚结构的植物次生代谢产物,具有抗氧化、螯合金属离子等功能。课题组从铝胁迫紫花苜蓿幼苗基因芯片中发现了多个差异表达基因,经分析和筛选,选取铝胁迫处理明显上调表达且与类黄酮基因表达高度相关的MYB基因MsMYB741作为候选基因。初步研究发现,在紫花苜蓿毛状根中过量表达该基因能够显著提高转基因株系的耐铝毒能力。随后,以野生型(WT)紫花苜蓿为受体,获得MsMYB741过表达(OE)和干扰表达(RNAi)植株,铝胁迫处理实验表明,过量表达MsMYB741显著降低了植物体内Al含量,提高了转基因株系的耐铝毒能力,而RNAi植株表现出相反的表型(图1),同时,过表达株系总抗氧化能力显著升高,铝胁迫苜蓿体内O2-、MDA等含量明显降低,主要原因是过表达株系总黄酮含量明显增加,对Al胁迫诱导产生的活性氧进行有效清除。

图1 过量表达MsMYB741提高苜蓿耐铝毒能力

进一步研究表明,MsMYB741正调控MsPALMsCHI的表达,促进总黄酮积累,增加苜蓿根系黄酮分泌,降低过表达株系体内Al含量。此外,研究还发现,响应ABA信号的MsABF2蛋白是MsMYB741的上游调节因子,通过与MsMYB741启动子中ABRE元件结合正调控其表达,基于此,作者构建了ABA-MsABF2-MsMYB741-MsPAL/MsCHI 提高苜蓿耐铝毒能力的工作模型(图2)。

图2 MsABF2正调控MsMYB741表达

综上,MsMYB741在提高苜蓿耐铝毒方面具有重要的生物学功能,通过正调控MsPALMsCHI的表达促进铝胁迫苜蓿黄酮合成和积累,一方面清除由铝胁迫引起的活性氧(ROS),降低质膜系统氧化损伤;另一方面增加根系黄酮的分泌以鳌合Al3+,降低植物体内Al含量,提高过表达苜蓿株系的铝胁迫抗性。

上海交通大学万博manbetx网页版在线登录已毕业博士生苏连泰(现为该课题组博士后)为论文第一作者,安渊教授为通讯作者,博士后吕爱敏文武武,博士生樊娜娜高鲤,已毕业博士生李姣姣周鹏副教授等参与了该研究。该研究得到了国家自然科学基金(面上及青年项目)和中国博士后科学基金等项目资助。

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.15977 

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