兰州大学利用荒漠植物霸王优异基因创制紫花苜蓿抗逆新种质

以下文章来源于The Crop Journal ，作者编辑部

紫花苜蓿（Medicago sativa L.）是一种优良的多年生豆科牧草，被誉为“牧草之王”，是奶牛等家畜的重要饲草，在畜牧业生产中发挥着十分关键的作用。北方地区是我国紫花苜蓿的最大生产区，但优良耕地十分有限，干旱高温等自然灾害频发，紫花苜蓿种植面积的扩大造成粮草争地的矛盾日益突出，亟待培育能够在大面积边际土地上种植的抗逆、高产、优质紫花苜蓿新品种。从适应严酷生境的荒漠植物中挖掘丰富的抗逆基因资源，对改良长期在较优裕条件下栽培种植因而抗逆性遗传潜力十分有限的紫花苜蓿具有重要意义。

近日，兰州大学草种创新与草地农业生态系统全国重点实验室王锁民教授团队在The Crop Journal在线发表了题为“Overexpression of ZxABCG11 from Zygophyllum xanthoxylum enhances tolerance to drought and heat in alfalfa by increasing cuticular wax deposition”的研究论文。该研究利用荒漠旱生植物霸王（Zygophyllum xanthoxylum）表皮角质层蜡质转运相关基因ZxABCG11对紫花苜蓿的抗逆性进行遗传改良，并揭示了ZxABCG11正向调控紫花苜蓿抗旱和耐热性的作用机制。

研究者发现，与野生型相比，转基因紫花苜蓿生长更快，叶表皮蜡质密度更高，角质层更厚（图1）。在温室条件下，无论干旱还是高温处理，转基因苜蓿的株高和地上部生物量均显著高于野生型；ZxABCG11的过表达还引起紫花苜蓿角质层中若干蜡质合成和转运相关基因的表达水平大幅上调，导致更多的角质层蜡质积累，有助于降低叶表皮透性和非气孔性水分散失，从而提高了转基因苜蓿的保水和光合能力（图2）。在炎热干旱的田间条件下，转基因苜蓿长势良好，干草产量比野生型提高了50%（图3）。由此可见，过表达ZxABCG11可通过增加角质层蜡质的积累为紫花苜蓿披上保水的“外衣”，使其在炎热干旱的环境中正常生长。研究结果为培育抗逆高产的紫花苜蓿新品系奠定了基础，也为利用荒漠植物优异基因资源改良牧草和农作物的抗逆性提供了一条有效的途径。

作者和基金项目

兰州大学草地农业科技学院已毕业博士研究生刘林波为该文第一作者，兰州大学草种创新与草地农业生态系统全国重点实验室王锁民教授和包爱科教授为共同通信作者。该研究得到国家重点研发计划项目（2022YFF1003200）和国家自然科学基金项目（31730093）资助。该团队长期致力于紫花苜蓿等豆科牧草的遗传改良，前期将霸王中参与离子区域化的液泡膜Na+/H+逆向转运蛋白（NHX）和H+-焦磷酸酶（H+-PPase）编码基因聚合导入紫花苜蓿，获得了耐盐性、抗旱性和耐贫瘠性均显著增强，生物量和品质大幅提升的转基因紫花苜蓿株系并开展生物安全性评价，相关研究工作已发表在Plant Biotechnology Journal（2016, 14: 964–975）和Frontiers in Plant Science（2016, 7: 1598）上。

本文转载自The Crop Journal

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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