近日，中國熱科院品資所草業(yè)研究團隊在柱花草錳耐受性研究中取得新進展。該研究揭示了苯丙氨酸解氨酶SgPAL2通過代謝調節(jié)增強柱花草錳耐受性的分子機制。

 

　　柱花草（Stylosanthes spp.）是重要的熱帶豆科牧草，在熱帶地區(qū)具有廣泛用途。柱花草對金屬鋁和錳元素毒害以及低磷脅迫具有較強的適應性，是研究植物適應酸性土壤逆境脅迫的優(yōu)良豆科植物。盡管次級代謝途徑對柱花草過量錳耐受性具有潛在作用，但次級代謝物和關鍵酶在提高柱花草耐錳性中的作用尚不清楚。該研究發(fā)現(xiàn)，相對錳敏感基因型，耐錳基因型RY5可以通過激活抗氧化防御系統(tǒng)緩解錳毒害。代謝組學分析鑒定到RY5根系多種錳響應代謝物，這些代謝物主要包括黃酮類和酚酸類化合物。過量錳脅迫誘導了參與苯丙烷/黃酮代謝途徑的相關基因在RY5根中的表達，表明苯丙烷/黃酮代謝途徑相關基因在柱花草錳耐受性中發(fā)揮作用。該研究深入分析了柱花草苯丙氨酸解氨酶SgPAL2基因功能。SgPAL2基因在柱花草根系中受過量錳誘導表達，其編碼蛋白定位于內質網中。在過量錳條件下，與對照株系相比，超量表達SgPAL2基因顯著增加了轉基因柱花草復合植株的地上部和根部干重，而干涉SgPAL2基因則出現(xiàn)相反的表型。另外，超量表達SgPAL2基因顯著改變了柱花草根系的代謝水平，特別是黃酮類代謝。添加外源毛蕊異黃酮處理能增強柱花草的耐錳能力，表明毛蕊異黃酮具有緩解柱花草錳毒害的作用。本研究揭示了SgPAL2基因通過代謝調節(jié)提高柱花草耐錳性方面的生物學功能，并探索了緩解植物錳毒害的潛在代謝物及途徑。本研究為培育和改良耐金屬毒害豆科牧草新品種提供參考，也為通過代謝工程和合成生物學途徑提高作物對酸性土壤逆境脅迫的耐受性提供依據(jù)。

 

　　相關成果以“PHENYLALANINE AMMONIA-LYASE 2 regulates secondary metabolism and confers manganese tolerance in Stylosanthes guianensis”為題發(fā)表于《Plant Physiology》。中國熱帶農業(yè)科學院熱帶作物品種資源研究所陳志堅副研究員為論文通訊作者，團隊已畢業(yè)碩士生王林杰和李季膚為論文共同第一作者。碩士研究生劉莉婷、董榮書研究員和劉國道研究員對本研究提供了重要幫助和支持，國際熱帶農業(yè)中心Idupulapati M. Rao教授對本研究給予了重要指導。該研究得到了國家自然科學基金和國家牧草產業(yè)技術體系的資助。

 

　　論文鏈接：https://doi.org/10.1093/plphys/kiaf005