華中農(nóng)業(yè)大學在CeO2納米材料提高黃瓜耐鹽性的機制研究中取得新進展

　　近日，華中農(nóng)業(yè)大學園藝植物生物學教育部重點實驗室、園藝林學學院別之龍教授課題組與植物科學技術學院吳洪洪教授合作，在CeO₂納米材料提高黃瓜耐鹽性的機制方面的研究成果以“CsAKT1 is a key gene for CeO₂ nanoparticles improved cucumber salt tolerance: a validation from CRISPR-Cas9 lines”為題發(fā)表于Environmental Science: Nano。

 

　　鹽脅迫是限制作物生長和產(chǎn)量的主要逆境因子，全球超過1/3的灌溉土地受到鹽漬化的影響。中國是設施蔬菜生產(chǎn)大國，在設施蔬菜栽培中，由于化肥過量施用和缺乏雨水淋溶，設施內(nèi)土壤次生鹽漬化更加突出。應用納米材料提高植物耐鹽性已成為研究熱點。然而，其機制仍然存在許多未知。別之龍團隊和吳洪洪教授課題組前期以鹽敏感黃瓜“津春4號”為材料，探究了葉施和根施CeO₂ NPs對黃瓜幼苗耐鹽性的影響，結果發(fā)現(xiàn)葉施和根施CeO₂ NPs都可以通過提高黃瓜幼苗抗氧化能力來增強其耐鹽性，且葉施的效果更好。相關研究結果已發(fā)表于Chemosphere （https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2022.134474）。

 

　　在本研究中，別之龍團隊和吳洪洪教授課題組繼續(xù)深入挖掘了CeO₂ NPs提高黃瓜耐鹽性的關鍵響應基因。通過表型和傷害指標測定表明在75 mM NaCl處理7 d時，葉施和根施CeO₂ NPs都可以有效緩解鹽脅迫對黃瓜幼苗的傷害，顯著增加鹽脅迫下黃瓜地上部干重、根系干重和葉綠素含量。然后通過鈉鉀含量和轉錄組分析發(fā)現(xiàn)鉀離子轉運蛋白CsAKT1是CeO₂ NPs促進鹽脅迫下黃瓜幼苗K⁺吸收的關鍵基因，且葉施比根施CeO₂ NPs可以更顯著地誘導黃瓜幼苗葉片和根系CsAKT1的表達。亞細胞定位和酵母異源表達CsAKT1發(fā)現(xiàn)定位于質膜的CsAKT1具有K⁺轉運功能。黃瓜根系敲除CsAKT1實驗表明CeO₂ NPs可以通過誘導CsAKT1介導的K+吸收來提高黃瓜幼苗的耐鹽性。以上研究表明CsAKT1是CeO₂ NPs提高黃瓜幼苗耐鹽性的關鍵響應基因。該研究一方面促進了CeO₂ NPs在提高黃瓜耐鹽性中的應用，另一方面豐富了納米材料提高植物耐鹽性的機制。

 

　　華中農(nóng)業(yè)大學園藝林學學院博士研究生彭玉全為論文第一作者，園藝植物生物學教育部重點實驗室別之龍教授和植物科學技術學院吳洪洪教授為共同通訊作者。本研究得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、湖北省自然科學基金創(chuàng)新群體、中央高校基本科研專項資金等項目的資助。

 

　　論文鏈接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/en/d2en00688j