上海交大安渊教授团队揭示紫花苜蓿平衡生长和盐胁迫响应的分子机制

近日，上海交通大学农业与生物学院安渊教授团队在 Plant Biotechnology Journal 在线发表了题为 The MsNAC73–MsMPK3 Complex Modulates Salt Tolerance and Shoot Branching of Alfalfa via Activating MsPG2 and MsPAE12 Expressions 的研究论文。该研究探明了平衡紫花苜蓿生长和盐胁迫响应的重要基因调控模块 MsNAC73-MsMPK3-MsPG2/MsPAE12，揭示了平衡紫花苜蓿分枝形成和盐胁迫响应的分子机制，为培育高产耐盐紫花苜蓿新品种提供了重要的基因资源。

植物如何平衡生长和胁迫应答是目前非生物胁迫研究领域的热点问题。紫花苜蓿（Medicago sativa）为全球公认的重要豆科苜蓿属多年生草本植物，营养价值高，经济效益好，被誉为“牧草之王”。 边际土地是紫花苜蓿的主要种植地，盐胁迫是紫花苜蓿受到的主要非生物胁迫之一。因此，发掘高产、耐盐调控基因，研究平衡紫花苜蓿生长和盐胁迫响应的分子机制，对于通过分子育种手段提高苜蓿产量和耐盐性具有重要意义。

本研究揭示了MsNAC73-MsMPK3-MsPG2/MsPAE12分子模块在调控紫花苜蓿分枝形成和盐胁迫响应中发挥关键作用。研究发现MsNAC73对MsPG2 和MsPAE12具有转录抑制作用。在正常条件下，MsMPK3 和 MsNAC73 蛋白丰度较低，MsMPK3 对MsNAC73 的磷酸化作用较弱，低丰度MsNAC73促进MsPAE12上调表达。MsPAE12通过降低细胞壁果胶乙酰化和IAA的生物合成，促进紫花苜蓿分枝形成。但在盐胁迫条件下，MsMPK3 和 MsNAC73 的蛋白丰度增加，促进了二者的互作和MsNAC73 磷酸化，从而减弱 MsNAC73 对 MsPG2 表达的转录抑制作用。MsPG2 的上调表达促进细胞壁果胶水解，增加细胞壁延展性，降低气孔和导管孔径，增加Na⁺/K⁺ 稳态，从而增强苜蓿的耐盐性。因此，MsNAC73-MsMPK3-MsPG2/MsPAE12模块通过调控正常环境下苜蓿分枝的形成，增加分枝数，提高苜蓿产量；但在盐胁迫环境下，通过调控细胞壁果胶水解，重塑细胞壁结构，维持植株Na⁺/K⁺ 稳态，增强苜蓿的耐盐性能。

上海交通大学农业与生物学院硕士生游翔凯（现为香港城市大学博士生）、已毕业博士生樊娜娜（现为榆林学院现代农学院青年教师）、蒙草生态环境（集团）股份有限公司张跃华为论文共同第一作者，上海交大农业与生物学院安渊教授和蒙草生态环境（集团）股份有限公司王召明高级工程师为共同通讯作者。该研究得到国家科技创新2030重大项目、国家自然科学基金等项目资助。

MsNAC73-MsMPK3-MsPG2 /MsPAE12 调控苜蓿分枝形成和耐盐胁迫的机制示意图

论文链接：https://doi.org/10.1111/pbi.70323

作者： 农业与生物学院 供稿单位： 农业与生物学院