中国农业科学院作科所在大豆耐干旱和盐胁迫研究中取得重要进展

近日，Plant Biotechnology Journal在线发表了来自中国农业科学院作物科学研究所作物基因与分子设计中心徐兆师课题组题为“ Soybean steroids improve crop abiotic stress tolerance and increase yield ”的研究论文， 该研究报道了大豆中的一个NF-Y-SQE模块在调控大豆耐干旱和盐胁迫中的分子机制，对于培育抗逆大豆品种具有重要意义。

干旱和盐胁迫严重影响大豆的发育，导致产量损失重大。由于抗逆性状的复杂性以及产量影响因素的多样性，致使大豆性状的改良面临着巨大的挑战。植物甾醇类化合物（被称为甾类激素）在医疗领域发挥着重要作用，具有抗炎、抗氧化以及抗癌等功能，该类天然化合物普遍存在于高等植物中。然而，关于该类化合物在植物中的调控机制以及功能研究报道甚少。近年来研究发现植物核因子Y（NF-Y）转录因子在胚胎形成、光合作用、根的生长、开花时间调控、逆境胁迫响应等诸多方面起重要作用。然而，关于NF-Y、甾醇类化合物与植物抗逆性之间的关系目前尚不清楚。

研究人员在大豆干旱RNA-seq数据中发现NF-Y家族转录因子基因在干旱胁迫下的表达水平发生了显著变化。其中，大豆NF-YC亚基家族成员 GmNF-YC9 在干旱以及盐胁迫处理下能够同时被显著诱导上调表达。研究人员利用农杆菌介导的遗传转化技术，将 GmNF-YC9 导入大豆中进行功能鉴定。结果显示，在干旱和盐胁迫下，转 GmNF-YC9 基因大豆在幼苗、开花以及成熟阶段呈现出明显的生长优势以及对复杂环境的适应性。

进一步分析发现，在转 GmNF-YC9 基因大豆植株中GmSQE1限速酶介导的大豆甾醇合成途径被显著富集，暗示大豆甾醇合成途径在介导植物抗逆性过程中可能扮演着重要的角色。抗逆性分析发现，在干旱和盐胁迫下，转 GmSQE1 基因大豆在幼苗、开花以及成熟阶段同样呈现出较强的抗逆性。此外，靶向代谢组分析显示，在胁迫条件下，转 GmNF-YC9 和 GmSQE1 基因大豆植株中大豆甾醇类化合物（包括大豆三萜类化合物）的含量显著增加，特别是岩藻甾醇和大豆皂苷II。另外，研究人员发现，体外喷施该类化合物能够显著改善农作物大豆、小麦、谷子以及玉米的抗旱性。该结果进一步证明了大豆甾醇合成途径与植物抗逆呈显著的正相关性，为从基因调控到化学防控提高作物抗逆性和品质提供了新的研究策略。

中国农业科学院作物科学研究所 徐兆师研究员 和 马有志研究员 为该论文的通讯作者，中国农业科学院作物科学研究所 于太飞博士助理研究员 、 侯泽豪博士生 、北京市农林科学院 王海龙助理研究员、 河北医科大学 常世阳副教授 以及吉林省农业科学院 宋新元研究员 为本文的共同第一作者，此外，中国农业科学院作物科学研究所 姜奇彦研究员 和 孙素丽副研究员 也参与了该研究的部分工作。同时，感谢中国农业科学院作物科学研究所 邱丽娟 、 孙石 以及 侯文胜 研究员对该研究做出的指导及技术支持。该研究得到国家重点研发计划项目（2022YFF1001600）、中国农业科学院科技创新工程、中国博士后科学基金（2022M720495）、国家自然科学基金（31900744和32372131）、海南省种业实验室（B21HJ0215）、北京自然科学基金（6234044）、海南省重点研究开发计划（ZDYF2022XDNY135）的资助。