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张劲松研究组发现大豆耐盐新机制

  盐碱、干旱等非生物胁迫是制约农业生产的主要环境因素。这些胁迫环境不利于作物生长,造成减产甚至导致植物死亡。大豆是重要的农作物,其需求80%以上需进口。如果能提高大豆的耐盐能力,一方面有助于增强大豆对灾害的抵抗能力,另一方面也可以利用低盐碱化的土地,增加大豆种植面积,提高产量。最近,张劲松研究团队发现了一个核因子YNuclear factor Y)复合体的成员GmNFYA,该蛋白参与了组蛋白乙酰化修饰的调控,进而促进下游耐盐基因表达,从而提高大豆的耐盐能力。 

 

  在各种大豆品种之间,GmNFYA基因的编码区并没有差异。无论是栽培大豆还是野生大豆,当它们受到盐胁迫时,GmNFYA基因的表达量都会显著的提高,暗示大豆的盐胁迫应答与这个基因的表达量密切有关。在栽培大豆品种JACK中过量表达GmNFYA基因,可以显著的提高转基因大豆的抗盐能力(图)。深入研究发现,GmNFYA蛋白能与组蛋白去乙酰化酶复合体的组分FVE相互作用,而FVE可与HDA13 (histone deacetylases)互作。GmNFYA可与HDA13竞争结合FVE蛋白。降低FVEHDA13基因表达量能提高大豆植株的耐盐能力。推测通常条件下,FVE/HDA13复合体对组蛋白H3K9进行去乙酰化修饰,使得附近的耐盐基因被"关闭"。盐胁迫后,GmNFYA积累并与HDA13竞争性结合FVE,释放HDA13,从而有利于保持附近组蛋白H3K9的乙酰化状态,激活下游耐盐基因表达,提高大豆耐盐性(图)。进一步分析也鉴定了一个GmNFYA启动子优异单倍型I,盐胁迫下该单倍型基因受到GmNFYA蛋白的显著激活,因而可在将来育种实践中对该单倍型进行选择。这项研究揭示了大豆GmNFYA通过调控组蛋白乙酰化提高耐盐性的机制,对于大豆耐逆育种具有重要借鉴和潜在应用价值。 

 

  上述研究于近期在线发表于Plant Biotechnol J,DOI: 10.1111/pbi.13668)。中国科学院遗传与发育生物学研究所博士后卢龙和工作人员韦伟博士为本文的共同第一作者。张劲松研究员、陈受宜研究员和张万科副研究员为共同通讯作者。本研究得到了中科院重点部署项目、国家自然科学基金等项目资助。 

    

图: GmNFYA提高转基因大豆耐盐性及作用机制 

  上图: JACK为对照品种, Null为转基因大豆后代分离出的阴性植株。OE-3OE-6OE-8OE-36为稳定的GmNFYA过表达转基因大豆纯合株系。下图:GmNFYA提高大豆耐盐性工作模型。通常情况下,GmHDA13GmFVE互作使组蛋白去乙酰化,抑制耐盐基因表达。盐胁迫下,GmNFYA积累并与GmHDA13竞争性结合GmFVE,解除GmHDA13的去乙酰化作用,从而维持组蛋白乙酰化激活耐盐基因表达,提高大豆耐盐性。