東北地理所在ALDH基因調(diào)控大豆耐鹽堿機制研究方面取得進展
大豆 (Glycine max(L.) Merr.)作為一種重要的全球性的糧食作物，為人類提供優(yōu)質(zhì)的植物蛋白和油脂產(chǎn)品的同時，也是動物的飼料來源。由于中國人的飲食習(xí)慣，對大豆油及大豆制品的熱衷，使得對大豆的需求呈現(xiàn)逐年遞增趨勢，約80%的大豆需要進口。黑龍江省尚有可開發(fā)蘇打鹽堿地1500萬畝，培育耐蘇打鹽堿大豆品種，擴大大豆種植面積，提高大豆總產(chǎn)量，具有十分重要的意義。在植物抵抗鹽堿脅迫的過程中，會產(chǎn)生大量的醛類物質(zhì)，破壞細胞結(jié)構(gòu)，影響植物正常生長。乙醛脫氫酶(ALDHs)可將活性的醛類物質(zhì)轉(zhuǎn)化成對應(yīng)酸類物質(zhì)，從而減輕其對植物造成的傷害。因此，可通過提高大豆乙醛脫氫酶含量增加大豆對鹽堿脅迫的抗性。
東北地理所農(nóng)田有害生物控制學(xué)科組孟凡立研究團隊成員將來自于花生ALDH家族的AhALDH3H1基因成功轉(zhuǎn)入大豆受體中，發(fā)現(xiàn)在大豆基因組中過表達AhALDH3H1可以顯著增加轉(zhuǎn)基因大豆耐鹽堿能力(圖A-C)。轉(zhuǎn)錄組和代謝組分析表明，過表達AhALDH3H1一方面通過調(diào)控包括木葡聚糖內(nèi)轉(zhuǎn)糖苷酶水解酶(XTH)和擴張蛋白(Expansin)在內(nèi)的細胞壁組成成分相關(guān)的重要基因，減少了鹽堿脅迫對轉(zhuǎn)基因大豆植株損害。另一方面，在抵御脅迫的過程中產(chǎn)生的SOD、MDA和ALDH，通過ABC transporter轉(zhuǎn)運途徑被成功轉(zhuǎn)運，維持細胞穩(wěn)態(tài)。本研究在大豆中過表達了花生的AhALDH3H1基因，獲得了耐蘇打鹽堿的轉(zhuǎn)基因大豆材料，明確了該基因過表達提高大豆耐鹽堿的機理，為大豆耐蘇打鹽堿育種提供理論依據(jù)及新的思路(圖D)。
研究成果近期以題為Overexpression of the aldehyde dehydrogenase AhALDH3H1 from Arachis hypogaea in soybean increases saline-alkali stress tolerance發(fā)表在國際知名SCI期刊《Frontiers in Plant Science》(IF:6.627)上。農(nóng)田有害生物控制學(xué)科組孟凡立研究員為通訊作者，東北農(nóng)業(yè)大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)博士研究生曹英雪和王晶為論文第一作者。該研究得到國家自然科學(xué)基金(32172032)、黑龍江省自然基金(TD2022C003)、吉林省科學(xué)技術(shù)發(fā)展項目(20220402059GH)和國家項目(CARS-04)聯(lián)合資助。
論文信息：Cao Y, Wang J, Zhao S, Fang Q, Ruan J, Li S, Liu T, Qi Y, Zhang L, Zhang X and Meng F*. Overexpression of the aldehyde dehydrogenase AhALDH3H1 from Arachis hypogaea in soybean increases saline-alkali stress tolerance. Front. Plant Sci. 2023.1165384
文章鏈接：https://doi.org/10.3389/fpls.2023.1165384
圖1. 過表達AhALDH3H1基因提高大豆芽期和苗期鹽堿耐受性
圖2. 過表達AhALDH3H1基因提高大豆耐鹽堿的分子機制圖
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