植物活體成像系統(tǒng)在毛竹的抗逆性分子機制研究中的應(yīng)用

近日，安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)安徽省林木資源培育重點實驗室項艷教授研究團隊在毛竹的抗逆性的分子機制研究上取得新進(jìn)展。相關(guān)研究成果已經(jīng)發(fā)表在國際權(quán)威期刊《Industrial Crops and Products》（IF=5.6、一區(qū)top期刊）上。

毛竹（Phyllostachys edulis）是一種重要的經(jīng)濟植物，廣泛應(yīng)用于建筑、家具、紙漿等多個行業(yè)，因其生長速度快、再生能力強、適應(yīng)性廣泛，成為全球栽培的主要竹種之一。毛竹的栽培不僅促進(jìn)了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟發(fā)展，還在生態(tài)修復(fù)和水土保持中發(fā)揮著重要作用。然而，毛竹在生產(chǎn)過程中仍面臨一系列挑戰(zhàn)，特別是非生物脅迫，如干旱、鹽堿、低溫和高溫等。這些脅迫嚴(yán)重影響了毛竹的生長和產(chǎn)量，因此，提高毛竹的抗逆性對于提升其經(jīng)濟價值和擴大栽培范圍具有重要意義。

非生物脅迫包括水分脅迫（干旱和過濕）、鹽脅迫、低溫、高溫等，普遍存在于植物的生長環(huán)境中。植物面對這些脅迫時，會通過調(diào)節(jié)細(xì)胞的生理和分子機制來增強其生存能力。干旱脅迫會導(dǎo)致植物水分流失，影響光合作用和細(xì)胞擴展；鹽脅迫則使植物體內(nèi)離子失衡，抑制細(xì)胞的正常代謝；低溫脅迫則可能導(dǎo)致細(xì)胞膜損傷，抑制生長。為了應(yīng)對這些脅迫，植物會激活抗氧化系統(tǒng)、調(diào)節(jié)滲透壓、增強離子運輸?shù)�，來維持細(xì)胞的穩(wěn)定性和代謝功能。提高植物在這些脅迫條件下的耐受性，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的一大挑戰(zhàn)，也是植物生物技術(shù)研究的重要方向。

PLATZ轉(zhuǎn)錄因子家族在植物的生長發(fā)育、抗逆反應(yīng)等方面發(fā)揮著重要作用。PLATZ轉(zhuǎn)錄因子通過調(diào)控與生長、發(fā)育、逆境應(yīng)答相關(guān)的基因表達(dá)，幫助植物適應(yīng)外界環(huán)境變化。例如，PLATZ轉(zhuǎn)錄因子可以調(diào)節(jié)植物在干旱、鹽堿等脅迫下的抗逆機制，增強植物的存活能力。盡管PLATZ家族在一些模式植物（如擬南芥、水稻）中已經(jīng)得到了研究，但在毛竹等竹類植物中的作用尚未被充分探索。

毛竹作為一種經(jīng)濟作物，其抗逆性的分子機制尚未得到全面揭示。特別是PhePLATZ8這一PLATZ轉(zhuǎn)錄因子在毛竹中的功能，目前的研究較為有限。作者希望揭示PhePLATZ8的具體功能，理解其如何在植物的抗逆反應(yīng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用，特別是在干旱、鹽堿等環(huán)境脅迫下的耐受性調(diào)控。

本研究采用多種方法探討PhePLATZ8在毛竹中的功能。通過基因克隆技術(shù)鑒定了PhePLATZ8，并利用qPCR分析其在不同組織及非生物脅迫條件下的表達(dá)模式。構(gòu)建PhePLATZ8的過表達(dá)和RNA干擾毛竹植株，進(jìn)一步評估其在生長發(fā)育及抗干旱、鹽脅迫中的作用。結(jié)果顯示，PhePLATZ8在葉片中的表達(dá)量顯著高于其他組織，并在干旱和鹽脅迫下顯著上調(diào)。過表達(dá)植株表現(xiàn)出更快的生長速率及更高的抗逆性，如較低的電解質(zhì)滲漏率和活性氧積累；而RNA干擾植株在脅迫下生長受抑，抗逆性降低。RNA-seq分析表明，PhePLATZ8調(diào)控了多個與抗氧化、防御及滲透調(diào)節(jié)相關(guān)的基因。這表明PhePLATZ8通過調(diào)控脅迫應(yīng)答基因網(wǎng)絡(luò)，積極參與毛竹的抗逆性調(diào)控。

圖1.Phe PLATZ8激活了毛竹的4個Phe GRFs基因

( A ) 表達(dá)模式和相關(guān)性分析鑒定到4個與Phe PLATZ8共表達(dá)的Phe GRFs
( B ) 熒光素酶實驗表明，Phe PLATZ8與4個Phe GRF啟動子結(jié)合并激活熒光素酶報告基因

為了驗證PhePLATZ8是否通過結(jié)合并激活 PheGRF 基因的啟動子來調(diào)控其表達(dá)。研究通過熒光素酶報告基因?qū)嶒灒瑢⑺膫� PheGRF 基因的啟動子區(qū)域克隆至報告基因載體，并與 PhePLATZ8 表達(dá)載體共同轉(zhuǎn)入植物原生質(zhì)體或煙草葉片中。使用廣州博鷺騰生物科技有限公司的 PlantView 植物活體成像系統(tǒng)拍攝葉片，結(jié)果顯示，PhePLATZ8 能夠顯著增強熒光素酶活性，表明其直接結(jié)合并激活了四個 PheGRF 基因的啟動子，從而提升了這些基因的表達(dá)水平。這一結(jié)果表明，PhePLATZ8 在毛竹中通過調(diào)控 PheGRF 基因網(wǎng)絡(luò)發(fā)揮關(guān)鍵作用，為其在生長和非生物脅迫響應(yīng)中的功能提供了分子機制支持。

論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2024.119334