資源環(huán)境學(xué)院根系生物學(xué)研究中心、亞熱帶農(nóng)業(yè)生物資源保護(hù)與利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室梁翠月研究員課題組在Plant, Cell & Environment和Journal of Hazardous Materials（中科院一區(qū)Top期刊）分別在線發(fā)表了題為“GmSTOP1-3 Increases Soybean Manganese Accumulation Under Phosphorus Deficiency by Regulating GmMATE2/13 and GmZIP6/GmIREG3”和“GmSTOP1-3 regulates flavonoid synthesis to reduce ROS accumulation and enhance aluminum tolerance in soybean”等系列研究論文。揭示了大豆“顧此失彼”地應(yīng)對(duì)酸性土壤養(yǎng)分脅迫的機(jī)制。
我國(guó)酸性土壤面積約占全國(guó)土地面積的21%。酸性土壤中限制作物生產(chǎn)的主要因子包括養(yǎng)分有效性低（如：氮、磷）和金屬毒害（如：鋁、錳）等。因此，闡明大豆綜合適應(yīng)酸性土壤低磷、鋁、錳脅迫的調(diào)控機(jī)制，是實(shí)現(xiàn)大豆在南方擴(kuò)種的重要理論基礎(chǔ)。該研究發(fā)現(xiàn)，大豆C2H2鋅指蛋白轉(zhuǎn)錄因子基因GmSTOP1-3的表達(dá)水平受低磷、鋁和錳處理上調(diào)。超量表達(dá)GmSTOP1-3不僅提高了大豆植株磷效率，增強(qiáng)其耐鋁毒能力，同時(shí)也提高了植株的錳敏感性。綜合轉(zhuǎn)錄組和代謝組分析，發(fā)現(xiàn)GmSTOP1-3通過(guò)增加根系有機(jī)酸分泌及改變黃酮類物質(zhì)合成代謝途徑，增強(qiáng)大豆耐鋁毒能力。然而，GmSTOP1-3調(diào)控的根系有機(jī)酸分泌同時(shí)也增加了土壤錳有效性，導(dǎo)致植株錳的過(guò)量累積。結(jié)合酵母單雜，雙熒光素酶報(bào)告基因檢測(cè)，以及凝膠遷移等實(shí)驗(yàn)證明，GmSTOP1-3能夠直接激活膜定位檸檬酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白編碼基因GmMATE2/13的表達(dá)，促進(jìn)大豆根系檸檬酸的分泌；同時(shí)也直接激活了金屬轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因GmZIP6/GmIREG3的表達(dá)，促進(jìn)錳的吸收。因此，在酸性土壤上，大豆GmSTOP1-3調(diào)控有機(jī)酸分泌促進(jìn)根尖耐鋁毒和活化難溶無(wú)機(jī)磷的同時(shí)，不可避免地增加了土壤可溶態(tài)和交換態(tài)Mn2+的含量，而金屬轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因表達(dá)水平的提高也直接促進(jìn)錳的吸收，導(dǎo)致大豆植株錳中毒的現(xiàn)象。
上述文章中，根系生物學(xué)研究中心在職博士后劉國(guó)選和陳倩倩為Plant, Cell & Environment論文共同第一作者，劉國(guó)選為Journal of Hazardous Materials論文第一作者。梁翠月研究員和田江研究員為論文共同通訊作者。上述研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、廣東省重點(diǎn)領(lǐng)域研發(fā)計(jì)劃、“十四五”廣東省農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新十大主攻方向“揭榜掛帥”項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目資助。
相關(guān)論文鏈接：https://doi.org/10.1111/pce.15254；
https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2024.136074。
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