结合RNA-seq分析和QTL定位筛选甘蓝型油菜萌发期与铝毒胁迫相关的候选基因

王瑞莉 王刘艳 雷 维,2 吴家怡 史红松 李晨阳 唐章林,2 李加纳,2 周清元,2,* 崔 翠,*

1 西南大学农学与生物科技学院, 重庆 400715; 2 重庆市油菜工程技术研究中心, 重庆 400715

铝是自然界中较丰富的金属元素, 在地壳中的含量仅次于硅和氧而居于第3位[1]。在酸性土壤条件中(pH<5), 结合态铝解离成有毒害作用的活性铝[2], 而活性铝是制约作物生长的重要因素之一[3]。研究表明, 铝离子会破坏根分生组织的细胞活性,抑制细胞有丝分裂和根系生长, 影响营养吸收, 植物会表现出萎蔫矮小, 叶片黄化卷曲、老化或坏死等形态特征, 最终限制作物生长和产量[4]。油菜是重要的油料作物, 我国长江以南酸性土壤种植区每年因铝毒危害造成的油菜减产相当严重, 直接影响到我国油菜籽的产量和品质[5]。

生物对各种胁迫因子的应答, 本质上都是基因差异表达的结果。比较同一类细胞或不同类细胞在不同生理状态下的基因表达差异, 对研究生物生长发育调控及代谢机制具有重要意义。自然界中, 植物为适应和抵御铝毒胁迫, 部分植物进化出一系列的形态、生理和分子适应机制。铝毒胁迫下, 植物可以通过减轻氧化损伤、调节激素水平、分泌有机酸、启动酶保护系统、修饰细胞壁、增加逆境蛋白及脯氨酸等渗透调节物质等来阻止或减轻植物铝毒害[6]。近年来, 高通量测序技术发展迅速, 研究人员利用遗传学和基因组学在多种作物中筛选出上百个耐铝毒胁迫基因, 部分基因已被证实在作物抗性改良中具有潜在应用价值[7-10]。在拟南芥中超量表达ABC家族的蛋白复合体STAR1基因是耐铝性相关的最重要的转录因子之一[7]。基因TaALMT1在小麦根细胞中表达, 可以打通有机酸阴离子的通道, 有利于根尖分泌出苹果酸, 增强植物耐铝性[8]。Chen等[9]研究发现, 转基因烟草叶片中过表达的苹果酸脱氢酶可通过增强苹果酸的合成从而增强作物的耐铝性。还有如谷胱甘肽S转移酶(GST)、过氧化氢酶(CAT)细胞色素P450抗氧化基因的表达在防御铝毒害的机制中起重要作用[10]。……