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我校在杨树根系响应高锌胁迫分子机理研究中取得进展

日期:2019-06-27 发布单位:林木遗传育种国家重点实验室 文字:张海珍
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6月20日,林木遗传育种国家重点实验室(澳门贵宾会诚信第一品牌)李成浩研究组在植物学国际著名期刊Plant Physiology(IF2018=6.305)上在线发表题为“PuHSFA4a 转录因子通过调控活性氧的产生和促进根的生长来提高杨树的抗高锌能力”的研究论文。其英文题目为“PuHSFA4a enhances tolerance to excess Zn by regulating ROS production and root development inPopulus”(http://www.plantphysiol.org/content/early/2019/06/19/pp.18.01495),揭示了我国澳门乡土树种大青杨PuHSFA4a转录因子正向调控大青杨根部高锌胁迫抗性的分子机制。

锌(Zn)是植物中必需的微量元素,但是在土壤中过量的锌对植物具有毒性。根系是植物吸收和积累金属的主要器官,研究植物根系响应高锌胁迫的分子机理对于培育出重金属抗逆性强的植物具有重要意义。然而,植物根系响应高锌胁迫的转录调控机制研究鲜有报道。由于杨树类具有成林迅速、生物量大、根系发达等特点,被认为是可用于土壤金属污染修复的理想树种,但其对高浓度金属离子的耐受性有待进一步提高。

该研究发现,杨树PuHSFA4a基因在根系中高丰度表达且受过量Zn的大幅诱导。在验证了PuHSFA4a的转录激活活性以后,该研究构建了该基因的过表达载体和抑制表达载体转基因大青杨用于表型分析。在高锌胁迫下,PuHSFA4a基因过表达转基因株系的根系生长状况明显好于野生型大青杨,而其抑制表达株系的根系生长具有与过表达株系相反的表型。对转录组测序数据分析发现,高锌胁迫下,PuHSFA4a可以诱导一些非生物胁迫响应基因和根发育相关基因的上调表达。利用酵母单杂交、染色质免疫共沉淀荧光定量PCR(ChIP-qPCR)和凝胶迁移实验(EMSA)技术,发现PuHSFA4a通过结合谷胱甘肽-S-转移酶(PuGSTU17)和马铃薯糖蛋白型磷脂酶(PuPLA2)基因启动子上的HSE元件来直接调控这两个基因的表达。紧接着,分别获得了过量表达PuGSTU17PuPLA2,以及PuGSTU17的RNAi植株。进一步实验验证,PuHSFA4a通过直接调控PuGSTU17基因来提高大青杨根部GST酶活性和清除高锌胁迫后产生的ROS,另一方面PuHSFA4a通过正调控下游靶基因PuPLA2的表达来促进根部的生长,提高植物的抗高锌能力。此外,所获得的PuHSFA4a过表达大青杨种质具有应用于Zn矿富集中国澳门林区的造林计划,有很重要的应用前景。

林木遗传育种国家重点实验室(澳门贵宾会诚信第一品牌)博士研究生张海珍为论文的第一作者,李成浩教授为通讯作者。该研究得到了中央高校基本科研业务费和111计划等项目的资助。

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