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青千晁代印等发现调控拟南芥适盐自然变异新机制

来源:上海生命科学研究院 2017-11-03 15:56:36
内容摘要: 10月30日,中国科学院上海生命科学研究院上海植物生理生态研究所晁代印研究组,以AtHKT1 drives adaptation of Arabidopsis thaliana to salinity by reducing floral sodium content为题的研究论文,在线发表在PLOS GENETICS上,研究揭示了AtHKT1控制沿海拟南芥生态型适应高盐环境的新机制。
  10月30日,中国科学院上海生命科学研究院上海植物生理生态研究所晁代印研究组,以AtHKT1 drives adaptation of Arabidopsis thaliana to salinity by reducing floral sodium content为题的研究论文,在线发表在PLOS GENETICS上,研究揭示了AtHKT1控制沿海拟南芥生态型适应高盐环境的新机制。研究发现,AtHKT1的自然变异导致其在沿海耐盐生态型Tsu-1的茎中高表达,从而减少Na+向花中运输,降低Na+对生殖器官的毒害作用,从而有效保障了植物在高盐环境下的结实率。

  晁代印研究组主要从事植物离子组及自然变异的遗传机制研究。AtHKT1编码了K+/Na+ symporter,它是植物耐盐所必需的关键基因。拟南芥Col-0中的研究表明,该基因主要在根木质部表达,因而被认为控制木质部流Na+的卸载,从而减少Na+从根向地上部的转运来减轻Na+的毒害。然而,群体遗传学和分子生态学研究表明,沿海或内陆高盐地区富集了叶片高Na+含量、根部AtHKT1低表达的拟南芥品系,这与早先在Col-0中研究结果证相矛盾。为了探索AtHKT1如何以及是否参与拟南芥耐盐环境的本地适应,晁代印研究组以结实率耐盐指标,开展了一系列的遗传学和反向遗传学实验,证实AtHKT1是控制沿海生态型Tsu-1适应高盐环境的主效基因位点。进一步研究表明,与Col-0根部AtHKT1控制植株耐盐性的机制不同,Tsu-1茎部AtHKT1的高表达决定了其高度耐盐的特性。离子组结果显示Tsu-1的花、果夹等生殖器官的Na+含量远远低于Col-0,但茎中却积累了较多的Na+,表明Tsu-1茎部AtHKT1的高表达能够更有效地阻止Na+向生殖器官转运,降低了Na+对花等生殖器官的毒害,从而使植株具有更强的生殖力而适应盐害环境。该研究首次证实了AtHKT1参与植物演化过程中的本地适应,为理解植物的耐盐机制展示了新视角,也为培育耐盐作物提供理论基础。

  研究工作得到了国家自然科学基金委,中科院青年千人计划,以及国家重点实验室等的资助。

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