近日，我院肖凯教授团队鉴定了调控小麦干旱逆境响应的脱落酸（ABA）受体基因TaPYL9，并对其蛋白构建的ABA信号通路、介导植株抵御干旱逆境的作用机制及潜在应用价值进行了深入研究。该成果为小麦新型抗旱基因发掘和抗旱遗传改良提供了基因资源和分子评价指标。相关研究成果在线发表在植物学知名期刊《Plant Biotechnology Journal》上。
小麦生育期间因供水不足诱发干旱现象频繁发生，严重限制该作物的产量形成能力。针对我国乃至世界各国水资源短缺现状，选育优良抗旱丰产品种配合节水栽培技术，是促进作物生产可持续发展的有效途径。脱落酸（ABA）依赖的干旱信号转导途径通过传递信号，启动植株干旱胁迫响应，在介导植株抵御干旱逆境过程中发挥着重要作用。但迄今有关小麦等麦类作物ABA信号通路特征及其调控植株干旱逆境响应的作用机制尚未阐明。因此，系统鉴定小麦ABA信号通路组分及其调控植株干旱响应的生物学功能和分子机理，发掘具有重要应用价值的小麦抗旱基因，对于促进小麦抗旱遗传改良和保障国家粮食安全具有重要意义。
该团队在鉴定TaPYL9应答干旱胁迫和ABA表达特征基础上，鉴定了TaPYL9构建的小麦ABA信号核心通路TaPYL9/TaPP2C6/TaSnRK2.8/TabZIP1，遗传转化分析证实，上述通路组分在介导植株干旱响应中发挥着重要调控作用。其中，TaPYL9、TaSnRK2.8和TabZIP1赋予植株显著增强的抵御干旱逆境能力（图1）。表明上述小麦ABA信号通路组分可作为小麦种质抗旱能力鉴定的重要评价指标。
图1 TaPYL9通路组分鉴定和各组分转化株系干旱下植株长势
进一步研究发现，TaPYL9通路对小麦干旱逆境响应的调控，与其下游组分转录因子TabZIP1对渗透胁迫响应关键基因转录激活密切有关。包括：参与渗透调节物质脯氨酸生物合成的吡咯啉-5-羧酸合成酶基因TaP5CS2、调控气孔运动的阴离子通道基因TaSLAC1-1和参与细胞活性氧稳态调节的过氧化氢酶基因TaCAT2（图2）。遗传转化试验证实，上述逆境响应基因受到转录因子TabZIP1激活后，增强细胞渗透调节物质含量，加速气孔遭遇干旱信号后的关闭速率，以及降低细胞内活性氧H2O2累积数量。证实TaPYL9通路通过调控特定逆境响应基因，改善植株的干旱逆境适应相关生理生化过程，增强植株抵御干旱胁迫能力。本项研究为小麦抗旱通路分子机制解析提供了新思路，同时明确了TaPYL9信号通路在小麦抗旱遗传改良中具有潜在的应用价值。
图2 TaPYL9通路组分TabZIP1转录激活干旱响应基因
