图:盐处理下盐角草细胞壁形态和组分变化
盐角草是一种聚盐真盐生植物,能够在2倍于海水盐度的环境中生存、生长,耐受盐(NaCl)浓度高达1000 mM,是世界上最耐盐的高等植物。盐角草茎肉质化,并且随着生长发育,根和茎呈现逐渐木质化的性状。
中国科学院植物研究所李银心研究组研究发现适度的盐处理能够促进盐角草细胞膨大及茎的肉质化程度、且盐下维管束导管数目增多。这些结果提示细胞壁重塑在盐角草的生长和适盐反应中发挥重要作用。通过对盐角草全长转录组数据与盐处理下细胞壁结构和组分含量的联合分析,发现了四个盐处理下影响细胞壁重塑的关键基因:木葡聚糖内糖基转移酶/水解酶基因SeXTH2、扩展蛋白基因SeEXPB和两个漆酶基因SeLAC1和SeLAC2。研究人员进一步在拟南芥中验证这些基因的功能,发现SeXTH2和SeEXPB 在拟南芥中过表达可影响细胞壁组分含量,促进植物叶片生长,同时增强耐盐性。过表达SeLAC1和SeLAC2的拟南芥木质素含量升高,细胞壁增厚且耐盐性增强。结合盐角草的生长发育特点,推测SeXTH2和SeEXPB在盐角草早期生长的肉质化过程中发挥重要作用,而SeLAC1和SeLAC2可能在盐角草后期生长的木质化过程中起关键作用。值得注意的是,SeXTH2在水稻中过表达不但增强了耐盐性,而且提高了籽粒产量。该工作揭示了细胞壁重塑在盐角草适盐反应中的作用及其调控机制,并为培育耐盐作物新品种提供了新思路和新靶标。
该研究成果与4月1日在线发表于国际学术期刊Plant,Cell & Environment。中国科学院植物研究所已毕业博士生娄腾雪和副研究员吕素莲为该论文共同第一作者,李银心研究员为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金项目和山东省重大科技创新工程项目的资助。
原文链接:https://doi.org/10.1111/pce.14905