哈师大联合中国农科院作科所揭示紫花苜蓿MsFLS13基因参与盐碱胁迫应答的分子机制
盐碱胁迫是限制作物生产的主要非生物胁迫之一。据统计，全球有超过10亿公顷的盐渍化土地，约占世界总耕地面积的20%。其中，我国盐碱地面积约9900万公顷，这些盐碱地尚未有效利用，是农牧业发展的巨大潜力资源。紫花苜蓿（Medicago sativa L.）是重要的豆科牧草，被誉为“牧草之王”。其根系发达，能够通过与根瘤菌共生进行固氮，具有改良土壤的生态功能。因此，发掘紫花苜蓿的耐盐碱基因，对耐盐碱品种培育和盐碱地资源开发利用具有重要的意义。近日，哈尔滨师范大学联合中国农业科学院作物科学研究所在The Crop Journal在线发表了题为“Flavonol synthase gene MsFLS13 regulates saline-alkali stress tolerance in alfalfa”的研究论文，报道了相关研究进展。
研究发现，紫花苜蓿MsFLS13基因表达受盐碱胁迫显著调控，MsFLS13-RNAi毛状根的FLS酶活性显著降低，且在盐碱胁迫下，MsFLS13-RNAi转基因植株的根系生长受到抑制（图1E–G）。MsFLS13-OE过表达显著提高了紫花苜蓿的耐盐碱能力（图2B），MsFLS13-OE转基因植株中山奈酚和槲皮素的含量分别比野生型提高27.99%和19.31%（图2C和D），黄酮醇生物合成途径相关基因的转录水平也显著提高。对MsFLS13启动子进行分析和实验验证，发现MsMYB12转录因子与MsFLS13启动子可以直接结合并激活MsFLS13的表达（图3C和E）。进一步研究还发现，在盐碱胁迫下，ABA含量的增加是盐碱胁迫诱导MsMYB12表达的关键因素之一。综上，该研究揭示了盐碱胁迫提高紫花苜蓿的ABA含量，从而诱导MsMYB12基因的表达，进而促进了FLS酶活性并通过调节黄酮醇含量来维持体内ROS稳态，进而提高植物抗氧化能力、渗透平衡和光合效率，最终提高植株对盐碱胁迫耐受性的分子机制（图4）。
图1 MsFLS13的系统发育树、亚细胞定位、表达模式和酶活性
图2 MsFLS13提高了紫花苜蓿的盐碱耐受性
图3 MsMYB12调控MsFLS13的表达
图4 MsFLS13参与响应盐碱胁迫的调控模型
作者和基金项目
哈尔滨师范大学张力爽博士和孙玉刚博士为该文共同第一作者，哈尔滨师范大学郭长虹教授和中国农业科学院作物科学研究所邱丽娟团队的阎哲研究员为共同通信作者。该研究得到国家自然科学基金项目（U21A20182和31972507）、黑龙江省科技攻关项目（2021ZXJ03B05）和哈尔滨师范大学研究生创新基金项目（HSDBSCX2021-106）的资助。
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