盐渍化土地,对大多数植物来说如同“死亡之海”。高浓度盐分使植物细胞失水、影响光合作用甚至致其死亡,严重制约着农业可持续发展,威胁全球粮食安全。因此,寻找耐盐基因资源并培育耐盐品种十分关键。
绿豆作为适应性广、营养价值高的豆科一年生杂粮作物,是轮作换茬、调整种植结构的首选作物。近年来,受种植效益等影响,我国绿豆生产规模呈现下降趋势,导致对进口的依赖程度不断加深。因此,既要保障绿豆产业稳定发展,还要避免与主粮作物争地,充分利用边际土壤是关键。加强盐渍化土地的综合利用,发掘绿豆耐盐种质资源并解析其耐盐机制,是实现绿豆生产拓面的重要方向之一。
一、百里挑一,寻找绿豆“耐盐冠军”
从国家作物种质资源库中精心挑选200位“参赛选手”——来自中国各省市乃至世界各地的绿豆资源,并且背景各异,遗传多样性丰富。
在经历了为期14天的150 mmol/L NaCl盐胁迫考验后,不同“参赛选手”表现迥异(图1)。其中,有些“参赛选手”植株依然茁壮,说明其耐盐性非常好,有些“参赛选手”明显萎蔫枯黄,说明对盐非常敏感。最终,鉴定筛选出16份高耐盐种质和12份盐高敏感种质。

图1 盐胁迫下不同绿豆种质苗期盐害症状差异
二、刨根问底,聚焦基因“热点区域”
找到了表现优异的“耐盐冠军”,研究却并未止步。我们更想知道,这些冠军究竟隐藏着怎样的“武功秘籍”?答案,就在它们的DNA里。
利用全基因组关联分析(GWAS)技术,将绿豆的13个外在的表型指标与内在的基因差异进行关联匹配,寻找与耐盐性紧密相关的单核苷酸多态性(SNP)位点。这些SNP位点如同基因组中的“路标”,指引我们找到控制耐盐性的关键基因。结果发现,在绿豆11条染色体中定位到67个显著关联的SNP位点,涉及348个候选基因。
三、基因探秘,锁定三把“关键钥匙”
基于全基因组关联分析与基因功能注释信息,其中3个候选基因脱颖而出,可能与绿豆耐盐能力的高低密切相关。
(1)Vradi04g09980基因参与编码的TBL19蛋白,主要与细胞壁的构建相关。细胞壁是植物细胞的“城墙”,坚固的细胞壁能帮助植物在盐胁迫等逆境下维持细胞形态和功能。
(2)Vradi01g06290基因参与编码的ABCG11蛋白已被证实参与角质和蜡跨膜运输,是植物角质层代谢所必需的转运蛋白。角质和蜡质等防水物质运输至植物表面,形成一层保护膜,有效减少植物在干旱、高盐环境下体内的水分蒸发。
(3)Vradi08g02890基因编码的CCH蛋白是一种铜转运蛋白。盐胁迫会给植物细胞带来巨大的氧化压力,产生大量有害的活性氧(ROS),该蛋白已被证明能够在酵母细胞中降低ROS对细胞的伤害,具有清除ROS自由基的功能。
四、道阻且长,共绘绿豆“育种蓝图”
关于这些基因的具体作用,还需进一步通过过表达和基因编辑等实验验证。研究结果不仅有助于深入解析盐胁迫下绿豆种质的响应机制,还能为培育耐盐绿豆种质提供优异基因资源。未来,育种家们将借助这些宝贵的基因资源,运用分子育种等先进技术,对绿豆的耐盐性进行精准改良,进而培育出耐盐性更强、产量更高的新品种,有助于开发和利用日益增多的盐渍化土地,缓解耕地压力,更将为推动农业可持续发展贡献中国智慧。
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