The Crop Journal | 兰州大学发现功能未知基因MsDIUP1正向调控紫花苜蓿耐旱性

紫花苜蓿（Medicago sativa）被誉为“牧草之王”，是全球栽培最广、饲用价值最高的的豆科牧草作物。在我国，紫花苜蓿广泛种植于北方地区，包括西北内陆、东北平原和华北平原等，种植面积约为467万公顷，干草年产量达3217万吨。然而，干旱胁迫严重制约着紫花苜蓿的建植和生产。

近日，兰州大学刘志鹏教授团队在The Crop Journal在线发表了题为“DROUGHT-INDUCED UNKNOWN PROTEIN 1 positively modulates drought tolerance in cultivated alfalfa (Medicago sativa L.)”的研究论文。该团队前期通过筛选蒺藜苜蓿表达谱数据以及开展紫花苜蓿转录组测序，挖掘了一批紫花苜蓿耐旱优选基因。在此基础上，发现苜蓿属特有的功能未知基因MsDIUP1。该研究获得了拟南芥过表达株系以及紫花苜蓿过表达株系和RNAi株系，揭示了MsDIUP1正向调控紫花苜蓿耐旱能力的作用机制。

研究者发现，MsDIUP1显著受到干旱胁迫、盐胁迫和ABA的诱导，其蛋白稳定定位在细胞核、叶绿体和细胞膜上，并且蛋白定位不随胁迫处理而发生变化。将MsDIUP1在拟南芥中过表达显著提高了植株在萌发期、幼苗期及成苗期的耐旱能力，表现出更高的萌发率、根长、鲜重和存活率（图1）。随后，以紫花苜蓿（WT）为受体，获得了紫花苜蓿MsDIUP1过表达OE株系和RNAi株系，并在温室设置转基因株系干旱处理实验。结果发现，与WT相比，OE株系在幼苗期及成苗期的耐旱能力均明显增强，在干旱胁迫下丙二醛含量较低，而渗透保护物质（游离脯氨酸和可溶性糖）积累量更多；另一方面，与WT相比，RNAi株系表现出对干旱敏感的表型，在干旱胁迫下叶绿素流失更快，丙二醛含量较高，而渗透保护物质积累量更少（图2）。此外，对WT、OE和RNAi株系进行转录组分析发现，大量涉及胁迫信号转导、抗氧化防御和渗透调节相关的基因在干旱处理中差异响应。总之，该研究证实MsDIUP1是调控紫花苜蓿耐旱应答的一个正向调控因子，为遗传改良紫花苜蓿耐旱性提供了潜在的候选基因。

作者和基金项目

兰州大学博士后罗栋和硕士研究生张茜为该文共同第一作者，兰州大学草地农业科技学院、草地农业生态系统国家重点实验室牧草种质创新与品种改良团队负责人刘志鹏教授为通信作者。该研究得到中国科学院战略性先导科技专项（A类）创建生态草牧业科技体系子课题（XDA26030103）、国家自然科学基金优秀青年基金项目（31722055）、国家自然科学基金面上项目（31672476）和甘肃省重大专项子课题（19ZD2NA002）的资助。该团队在紫花苜蓿耐旱、箭筈豌豆抗裂荚方面开展了系统研究，发表论文70余篇，培育牧草新品种（系）5个，创制转基因新材料5份（获批农业农村部中间试验）。

转自：植物生物技术Pbj

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