近日，yl34511线路中心有限公司园艺植物生物学教育部重点实验室、yl34511线路中心别之龙教授课题组与植物科学技术学院吴洪洪教授合作在CeO2纳米材料提高黄瓜耐盐性的机制方面的研究成果以“CsAKT1is a key gene for CeO2nanoparticles improved cucumber salt tolerance: a validation from CRISPR-Cas9 lines”为题发表于Environmental Science: Nano。
盐胁迫是限制作物生长和产量的主要逆境因子，全球超过1/3的灌溉土地受到盐渍化的影响。中国是设施蔬菜生产大国，在设施蔬菜栽培中，由于化肥过量施用和缺乏雨水淋溶导致设施内土壤次生盐渍化更加突出。应用纳米材料提高植物耐盐性已成为研究热点。然而，其机制仍然存在许多未知。别之龙团队和吴洪洪教授课题组前期以盐敏感黄瓜‘津春4号’为材料，探究了叶施和根施CeO2NPs对黄瓜幼苗耐盐性的影响，结果发现叶施和根施CeO2NPs都可以通过提高黄瓜幼苗抗氧化能力来增强其耐盐性，且叶施的效果更好。相关研究结果已发表于Chemosphere (https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2022.134474)。
在本研究中，别之龙团队和吴洪洪教授课题组继续深入挖掘了CeO2NPs提高黄瓜耐盐性的关键响应基因。首先通过表型和伤害指标测定表明在75 mM NaCl处理7 d时，叶施和根施CeO2NPs都可以有效缓解盐胁迫对黄瓜幼苗的伤害，显著增加盐胁迫下黄瓜地上部干重、根系干重和叶绿素含量（图1）。然后通过钠钾含量和转录组分析发现钾离子转运蛋白CsAKT1是CeO2NPs促进盐胁迫下黄瓜幼苗K+吸收的关键基因，且叶施比根施CeO2NPs可以更显著地诱导黄瓜幼苗叶片和根系CsAKT1的表达（图2）。接着亚细胞定位和酵母异源表达CsAKT1发现定位于质膜的CsAKT1具有K+转运功能（图3）。最后黄瓜根系敲除CsAKT1实验表明CeO2NPs可以通过诱导CsAKT1介导的K+吸收来提高黄瓜幼苗的耐盐性（图4，图5）。以上研究表明CsAKT1是CeO2NPs提高黄瓜幼苗耐盐性的关键响应基因。该研究一方面促进了CeO2NPs在提高黄瓜耐盐性中的应用，另一方面丰富了纳米材料提高植物耐盐性的机制。
yl34511线路中心欢迎博士研究生彭玉全为论文第一作者，yl34511线路中心有限公司园艺植物生物学教育部重点实验室别之龙教授和植物科学技术学院吴洪洪教授为共同通讯作者。本研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、湖北省自然科学基金创新群体、中央高校基本科研专项资金等项目的资助。
图1 叶施和根施CeO2NPs对盐胁迫下黄瓜幼苗表型的影响
图2CeO2NPs对黄瓜幼苗Na+/K+含量及K+转运相关基因表达量的影响
图3黄瓜CsAKT1亚细胞定位及离子转运特性分析
图4根系敲除CsAKT1对CeO2NPs提高黄瓜耐盐性的影响
图5根系敲除CsAKT1对盐胁迫下施用CeO2NPs后黄瓜Na+和K+含量的影响
论文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/en/d2en00688j
作者：彭玉全
审核：别之龙 吴洪洪