隨著工業化和城市化進(jin)程的(de)(de)(de)加快，鎘(ge)污(wu)染在(zai)(zai)生態系(xi)統中迅速蔓延(yan)。鎘(ge)的(de)(de)(de)主要(yao)來源是土壤污(wu)染，植(zhi)(zhi)物(wu)(wu)修(xiu)復是減少土壤鎘(ge)污(wu)染的(de)(de)(de)有(you)效方(fang)法(fa)之一(yi)(yi)。棉花(hua)作為一(yi)(yi)種(zhong)主要(yao)用于工業目的(de)(de)(de)的(de)(de)(de)非糧食(shi)(shi)作物(wu)(wu)，與糧食(shi)(shi)作物(wu)(wu)（小(xiao)麥(mai)、水稻和玉米）、油料作物(wu)(wu)（花(hua)生和大豆）和蔬菜（豆類、黃瓜和西紅柿(shi)）相比，在(zai)(zai)鎘(ge)的(de)(de)(de)植(zhi)(zhi)物(wu)(wu)修(xiu)復方(fang)面具(ju)有(you)天(tian)然優勢(shi)，避免了(le)鎘(ge)進(jin)入食(shi)(shi)物(wu)(wu)鏈的(de)(de)(de)風險。因此，探(tan)究(jiu)棉花(hua)響應(ying)鎘(ge)脅迫的(de)(de)(de)分子調控機制至關重要(yao)。
近日，中國農業科學院棉花研究所李付廣研究員團隊在Plant Biotechnology Journal上發表了以”GhRCD1 promotes cotton tolerance to cadmium by regulating the GhbHLH12-GhMYB44-GhHMA1 transcriptional cascade”為題的文章。揭示了氧化脅迫調控蛋白GhRCD1通過調控GhbHLH12-GhMYB44-GhHMA1轉錄級聯通路響應鎘脅迫的分子機制，為培育耐鎘棉花新品種和通過植物修復手段降低鎘污染提供了新思路。
研究團隊首先分離了一個對鎘敏感的T-DNA 插入突變體ghrcd1，其GhRCD1表達水平顯著降低。通過創制GhRCD1基因敲除突變體和過表達株系證實GhRCD1參與重金屬鎘引起的氧化脅迫反應。研究團隊經系列實驗發現GhRCD1響應鎘脅迫的分子機制，GhRCD1直接與鎘耐受性負調控因子GhbHLH12相互作用，降低了GhbHLH12對其下游調控基因GhMYB44的轉錄抑制作用。接下來，表達豐度增加的GhMYB44激活下游重金屬轉運蛋白編碼基因GhHMAs的表達，上調的GhMHAs增加了鎘向液泡中的轉移，增強鎘從根部向地上部的轉運，從而增強植物對鎘脅迫的耐受性。此外，GhMYB44 可以與GhPYL8 相互作用以調節ABA 介導的鎘耐受性。
圖1 GhRCD1-GhbHLH12-GhMYB44-GhHMA1調控棉花Cd2+耐受性的通路示意圖
此研究揭示了(le)GhRCD1響應(ying)鎘脅迫的(de)調(diao)控級聯反應(ying)，即(ji)GhRCD1-GhbHLH12-GhMYB44-GhHMA1分(fen)子模塊；增加了(le)棉花中鎘耐受(shou)性調(diao)節機制的(de)理解，為培育耐鎘棉花品種(zhong)提供了(le)優異基因(yin)和材(cai)料；拓展了(le)棉花在治理土壤重金屬污(wu)染方面的(de)應(ying)用改(gai)良方向。
Wei, X., Geng, M., Yuan, J., et al. [J]. Plant Biotechnology Journal (2024).
北(bei)大荒墾豐種業-澤泉科(ke)技(ji)生物技(ji)術(shu)與表型服務中心是(shi)由北大荒墾豐種(zhong)(zhong)業股份(fen)有限公司和(he)上海(hai)澤泉(quan)科技股份(fen)有限公司共同建設的開放(fang)式(shi)高通量植物(wu)基因(yin)(yin)(yin)型(xing)-表(biao)(biao)型(xing)-育種(zhong)(zhong)服(fu)務平(ping)(ping)臺(tai)。中心建立(li)了基因(yin)(yin)(yin)克(ke)隆和(he)載體平(ping)(ping)臺(tai)、作物(wu)轉(zhuan)化系統、基因(yin)(yin)(yin)型(xing)分(fen)析(xi)(xi)平(ping)(ping)臺(tai)、表(biao)(biao)型(xing)鑒定分(fen)析(xi)(xi)平(ping)(ping)臺(tai)、數據分(fen)析(xi)(xi)和(he)利用平(ping)(ping)臺(tai)等現代化生物(wu)技術和(he)信息支持(chi)平(ping)(ping)臺(tai)，是(shi)定位(wei)于(yu)為植物(wu)科研和(he)作物(wu)育種(zhong)(zhong)提供植物(wu)基因(yin)(yin)(yin)型(xing)-表(biao)(biao)型(xing)-育種(zhong)(zhong)數據分(fen)析(xi)(xi)的科研服(fu)務平(ping)(ping)臺(tai)。