葡萄原產于西亞一帶,2000多年前經由絲綢之路傳入中國,千百年來以其甜美的口感,豐富的營養和廣泛的用途,深受中國人民喜愛。近年來,中國葡萄產業蓬勃發展,并已躍升為全球葡萄栽培面積第二大的國家。我國葡萄主產區主要分布于我國北方干旱及半干旱地區,因此干旱脅迫成為制約葡萄生產的重要因素。目前,葡萄抗旱研究主要集中于生理機制研究,而對其分子調控機制的研究較少,揭示抗旱分子機制對葡萄抗性育種具有重要意義。
武漢植物園園藝作物生物學課題組在李紹華研究員和辛海平副研究員的指導下,從原產于我國東北的抗寒旱種質資源山葡萄(Vitis amurensis)中克隆了NAC家族基因VaNAC26,并對VaNAC26在非生物脅迫中的功能以及可能的調控機制進行了研究。結果表明,VaNAC26在干旱、低溫以及高鹽脅迫下均顯著上調。在擬南芥中過表達VaNAC26可顯著提高植株的抗旱性和抗鹽性,而抗旱性表型最為突出。進一步研究發現,該基因可提高植株在干旱脅迫下活性氧清除能力。對轉基因擬南芥microarray芯片分析發現,茉莉酸(JA)合成關鍵基因以及JA信號通路相關基因均有顯著上調,說明VaNAC26具有提高JA合成及其信號通路的能力。而過表達VaNAC26的擬南芥在正常狀態下葉片JA含量均顯著高于野生型,說明該基因可能通過提高JA合成途徑調控植物耐旱性。另外,在干旱條件下山葡萄葉片中JA含量同樣顯著上升,說明山葡萄的內源JA同樣參與了其干旱脅迫應答。
該研究揭示了VaNAC26通過茉莉酸途徑調控植株抗旱性的分子機理,研究成果于2016年5月10日在線發表于國際學術期刊Journal of Experimental Botany。園藝作物生物學課題組博士研究生方林川和蘇凌業為該論文的共同第一作者。研究得到了國家自然科學基金重點項目、“十二五”科技支撐計劃和中科院青促會的資助。
過表達VaNAC26 顯著提高擬南芥的抗旱性(A,B) 和抗鹽性(C,D)
過表達VaNAC26提高擬南芥茉莉酸含量