近日，國際權威學術期刊《The EMBO Journal》在線刊發(fā)了生命科學學院張群教授團隊聯(lián)合蓋鈞鎰院士團隊的研究論文 “A phosphorylation-regulated NPF transporter determines salt tolerance by mediating chloride uptake in soybean plants”，該研究精準鑒定到與大豆耐Cl?特性緊密關聯(lián)的轉(zhuǎn)運蛋白GmNPF7.5，揭示了大豆Cl?轉(zhuǎn)運蛋白調(diào)控植株耐鹽性的全新分子機制。鹽堿地作為我國關鍵的后備耕地資源，其開發(fā)利用對保障糧食安全意義非凡。挖掘農(nóng)作物耐鹽堿基因，深入剖析分子機理，運用現(xiàn)代分子育種技術精準、高效改良農(nóng)作物耐鹽特性，是守護國家糧食安全的重要路徑。大豆作為我國主要農(nóng)作物之一，是豆制品加工業(yè)不可或缺的原料，在農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)格局中占據(jù)重要地位。氯離子（Cl?）作為植物生長發(fā)育進程中的重要微量元素，參與維持光合酶活性、穩(wěn)定細胞質(zhì)膜離子電位以及保障細胞膨壓和pH值穩(wěn)定等諸多生理過程。大量研究表明，在鹽堿土壤環(huán)境下，相較于鈉離子（Na?），Cl?對大豆的生長發(fā)育及最終產(chǎn)量的負面影響更為突出。當前，植物抗鹽領域的科研重心多聚焦于植物Na?/K?轉(zhuǎn)運體如何左右離子穩(wěn)態(tài)與耐鹽性能，然而，人們對鹽脅迫下農(nóng)作物轉(zhuǎn)運Cl?的核心基因以及穩(wěn)態(tài)調(diào)控機制的認識，仍存在著一定的局限性。目前，植物界中諸如CLC、ALMT、SLAC/SLAH、CCCs、NRT1/NPF和MATE等多個負責吸收與轉(zhuǎn)運Cl?的蛋白家族已相繼被發(fā)現(xiàn)。
利用全基因組關聯(lián)分析（GWAS）與轉(zhuǎn)錄組測序分析（RNA-seq）技術，研究團隊成功鑒定到大豆負責Cl?轉(zhuǎn)運的關鍵蛋白GmNPF7.5。研究發(fā)現(xiàn)，該蛋白于非洲爪蟾卵母細胞體系中能夠介導Cl?與NO??的轉(zhuǎn)運過程，且對Cl?表現(xiàn)出較強的親和力。進一步研究表明，GmNPF7.5表達受Cl?特異性誘導激活，促使大豆體內(nèi)Cl?大量積聚，進而對大豆耐鹽性能產(chǎn)生負向調(diào)控作用，并且該蛋白單核苷酸多態(tài)性（SNPs）的變異差異直接決定Cl?的積累水平與大豆耐鹽能力。研究團隊利用酵母雙雜交技術篩選到GmNPF7.5的互作蛋白GmPI4Kγ4。大豆GmPI4Kγ4激酶可通過磷酸化修飾GmNPF7.5，特異性抑制其對Cl?的轉(zhuǎn)運活性，卻并不干擾對NO??的轉(zhuǎn)運效能，有效削減Cl?在植株體內(nèi)的累積量，大幅提升大豆耐鹽水平?；谶@一突破性成果，運用基因沉默技術能夠顯著增強多個大豆栽培品種的耐鹽性，具有極高的應用前景?？偠灾?，此項研究開創(chuàng)性地揭示了大豆在鹽脅迫下全新的Cl?平衡調(diào)控模式，為提升大豆耐鹽性開辟了嶄新思路，也為我國大豆產(chǎn)業(yè)應對鹽堿地、培育耐鹽大豆新品系提供了新基因與新理論。
南京農(nóng)業(yè)大學為該論文的第一署名單位和通訊單位，生科院博士生鄔云珍為文章第一作者，生科院袁靜婭副教授為共同第一作者，張群教授、沈立軻副教授和蓋鈞鎰院士為通訊作者。章文華教授和德國明斯特大學的J?rg Kudla教授指導了該項研究。浙江大學的李欽雪博士為該項研究提供了幫助。植物逆境生理與分子遺傳改良團隊的李卓孟、操宏偉、朱林、劉丹、孫亞魯、江蘇省農(nóng)業(yè)科學院的陳華濤研究員、賈倩茹博士和南京農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院的王吳彬研究員參與了該項研究。該研究得到了國家重點研發(fā)項目、國家自然科學基金面上項目和中央基本業(yè)務費等項目資助。
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