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【文献速递】HD-Zip转录因子ArHDZ22调控金线莲株高并降低其耐盐性

【文献速递】HD-Zip转录因子ArHDZ22调控金线莲株高并降低其耐盐性

2025-02-25 11:50:44

近日,浙江农林大学亚热带森林培育国家重点实验室邵清松教授和吕爱敏副教授研究团队在金线莲植物耐性的分子机制研究上取得新进展。相关研究成果已经发表在国际权威期刊《Industrial Crops and Products》(IF=5.6、一区top期刊)上。
















盐胁迫是影响植物生存和农作物产量的重要环境因素之一。高盐环境会导致植物吸收并积累过量的 Na⁺,扰乱细胞离子稳态,使 Ca²⁺ 被置换,进而降低细胞膜的稳定性,抑制植物生长。根系作为植物吸收水分和养分的主要器官,对盐胁迫尤为敏感,表现为根长缩短、表面积减少、根系活力下降等特征。此外,盐胁迫还会降低植物体内二氧化碳的同化效率,抑制光合作用,最终对植物的生长和产量造成影响。

为了应对盐胁迫,植物在长期进化过程中形成了一系列复杂的耐盐机制,包括转录调控、蛋白翻译后修饰、信号传导等。其中,转录因子(TFs)在植物响应盐胁迫过程中发挥了核心调控作用。HD-Zip(同源域-亮氨酸拉链)转录因子是一类植物特有的 TF 家族,具有调控植物生长发育及抗逆反应的重要功能。HD-Zip 家族可分为四个亚家族(I-IV),其中 HD-Zip III 和 IV 含有 START 和 MEKHLA 结构域,在维管组织分化、激素信号传导、非生物胁迫响应等方面发挥关键作用。然而,HD-Zip III 具体如何参与调控植物耐盐性,尤其是在药用植物中的作用机制仍不清楚。 

金线莲是一种珍贵的中药植物,因其具有清热解毒、保肝护肾等药用价值,被誉为“药中黄金”。然而,盐胁迫严重影响金线莲的生长和品质,但目前针对其耐盐机制的研究却较少。在本研究中,基于金线莲的全长转录组数据,研究人员鉴定并克隆了HD-Zip III 亚家族转录因子 ArHDZ22,并通过进化分析、亚细胞定位、基因表达检测、转基因表型观察及分子机制解析,探究该转录因子在植株生长及耐盐性调控中的作用。结果表明,ArHDZ22 主要在根部和花器官中表达,并定位于细胞核,具有转录激活活性。在盐胁迫条件下,过表达 ArHDZ22 的拟南芥表现出根长缩短、光合效率(Fv/Fm)下降、叶片出现损伤等耐盐性降低的特征。此外,过表达 ArHDZ22 会促使拟南芥提前开花,但植株高度显著降低,可能与其抑制生长相关基因(EXP8、EXP11、GA20ox1) 的表达有关。本研究揭示了 ArHDZ22 作为负调控因子在金线莲耐盐性及生长发育中的作用机制,为后续功能验证及耐盐性遗传改良提供了重要参考。


图1. 盐胁迫下转基因拟南芥幼苗叶绿素荧光成像


图2. 盐胁迫下转基因拟南芥叶片叶绿素荧光成像


文章中,通过测定 Fv/Fm(最大光化学效率)和获取叶片荧光图像,分析 ArHDZ22 过表达对拟南芥光系统 II(PSII)活性和整体耐盐性的影响。实验采用 太阳388vip下载的 PlantView230F 调制叶绿素荧光活体成像系统,对野生型(WT)和过表达 ArHDZ22(OE-ArHDZ22)的拟南芥分别进行正常条件和盐胁迫处理,并拍摄叶片荧光图像。在幼苗期(图1),正常条件下,过表达株与野生型的根长并无明显差异,然而,在盐胁迫条件(100mM NaCl)下,过表达株的根长显著缩短,光系统 II(PSII)的最大光化学效率(Fv/Fm)降至 0.4,而野生型维持在 0.7,表明过表达株的光合作用受损较严重,耐盐性下降。此外,过表达株的叶片出现橙红色荧光,进一步证明光系统受到损伤。在成株期(图2)实验结果也显示,正常条件下,过表达株与野生型植物均生长良好,光系统活性正常。但在更高浓度的盐处理(200mM NaCl)下,过表达株的叶片明显萎蔫,光系统活性进一步下降,Fv/Fm 降至更低水平,并且出现大范围橙红色荧光,表明光系统的损伤加剧,整体耐盐性显著降低。综合这些结果可知,ArHDZ22 过表达抑制了拟南芥在盐胁迫下的耐受能力,其通过影响根系生长、降低光合作用效率以及破坏光系统的稳定性,导致植物整体生长受到阻碍。

论文链接:

DOI:http://doi.org/10.1016/j.indcrop.2024.120251


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