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研究人员找到植物适应多变土壤盐度的关联基因
日期:2019-01-08 作者:编译:赵静娟 来源:农科智库 点击:
     土壤和灌溉水的含盐量是限制作物产量、尤其是地中海气候下作物产量的重要因素。在这些半干旱气候地区,含盐量可以成为一个压力因素,全年都处于变动不定的状态,在当下气候变化无常的情况下尤其如此。
    巴塞罗那自治大学(UAB)动物生物学、植物生物学和生态学系(Department of Animal Biology, Plant Biology andEcology)植物生理学组(Unit of Plant Physiology)的研究人员携手诺丁汉大学(University of Nottingham)、位于诺威奇的约翰英纳斯中心(John Innes Centre in Norwich),最近共同确认了在一种名为HKT1;1的钠转运基因中存在多种改造,与模式植物拟南芥在自然环境下适应变动不定的土壤盐度水平紧密相关。
    在刊登于周刊《美国国家科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)的研究中,研究人员对77株在自然环境下生长的拟南芥进行了大规模的基因组分析,这些拟南芥生长在布拉内斯(Blanes)和克雷乌斯角(Cap de Creus)之间含盐度不同的区域。由此获得的数据与1,135株全球范围内进行研究的拟南芥基因组结合,让研究人员证实了加泰罗尼亚(Catalonia)的拟南芥品种展示出对中等的盐度水平和变动不定的盐度水平具有高度适应性,然而这些品种不是伊比利亚半岛(Iberian)遗留下来的植物品系,而是最近的“殖民化”产物和后来的适应品系。
    植物的适应机制受限于视降雨量多少盐度水平变动极大的土壤,其基础是HKT1;1基因的结构性变异,该基因能使该种蛋白质的表达水平发生变化。根部HKT1;1基因表达水平较低的植物在叶片上表现出较高的盐度水平[植物HKT1;1高水平盐度(HLS)]。起初这看起来似乎不利,但是到一定程度积聚在液泡中的钠就能够促进渗透调节,并防止盐触及生殖组织。
    但是,盐度水平过高,达到如海滨区域的水平时,就会对植物产生毒性,需要启动排除机制。HKT1;1基因正常表达时[植物HKT1;1低水平盐度(LLS)],钠无法通过根部进入植物,就会转而偏爱钾转运,让植物在此时的环境下生存下来。利用创新型的测序技术(10X Genomics公司的测序平台Chromium),科学家们得以将该研究确认的各种形式的HKT1;1基因中出现的所有变异都做出详细说明。
    这些研究结果不仅证明了自然环境下的变异数据和种群动态可以揭示分子功能,同时也证明了在因人类压力和气候变化引起的盐度水平升高的情况下,获取极具价值的信息可以帮助促进作物产量的可持续性。
(来源:西班牙巴塞罗那自治大学   北京市农林科学院农业信息与经济研究所报道)
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