近日，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)作物遺傳與種質(zhì)創(chuàng)新利用全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/園藝學(xué)院柳李旺教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊Journal of Hazardous Materials上發(fā)表了題為“The WRKY transcription factor RsWRKY28 mediates cadmium extrusion via activating RsPDR8 expression in radish (Raphanus sativus L.)”的研究論文，率先揭示了ABC家族轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白成員RsPDR8介導(dǎo)蘿卜肉質(zhì)根Cd外排的分子機(jī)制與調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。

蘿卜是十字花科重要根菜類(lèi)蔬菜，在一些地區(qū)其肉質(zhì)直根存在重金屬離子累積風(fēng)險(xiǎn)。鎘（Cd）是生物體非必需的重金屬元素之一，生物毒性極強(qiáng)，可通過(guò)食物鏈在人體內(nèi)富集產(chǎn)生毒害效應(yīng)。如何有效控制Cd等重金屬在肉質(zhì)根中的吸收累積，已成為蘿卜遺傳育種與生物技術(shù)領(lǐng)域亟待突破的研究方向。

研究團(tuán)隊(duì)前期通過(guò)RNA-seq分析鑒定出受Cd脅迫誘導(dǎo)高表達(dá)功能基因RsPDR8。通過(guò)異源轉(zhuǎn)化擬南芥和酵母細(xì)胞發(fā)現(xiàn)，過(guò)表達(dá)RsPDR8可顯著減少體內(nèi)Cd累積量（Zhang et al., Plant Physiol Biochem, 2024）。本研究進(jìn)一步借助構(gòu)建的蘿卜遺傳轉(zhuǎn)化平臺(tái)，利用發(fā)根農(nóng)桿菌介導(dǎo)遺傳轉(zhuǎn)化技術(shù)獲得RsPDR8過(guò)表達(dá)轉(zhuǎn)基因蘿卜根系，綜合利用非損傷微測(cè)（NMT）與激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（LA-ICP-MS）等技術(shù)，對(duì)根系Cd²⁺流量進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與原位可視化分析。結(jié)果顯示，與對(duì)照相比，過(guò)表達(dá)RsPDR8根系Cd內(nèi)流速率顯著減少，Cd積累量顯著降低達(dá)70%以上，證實(shí)RsPDR8基因在蘿卜中起Cd外排泵作用。

RsPDR8介導(dǎo)蘿卜肉質(zhì)根Cd外排

進(jìn)一步通過(guò)Y1H等技術(shù)分析發(fā)現(xiàn)，RsPDR8表達(dá)受轉(zhuǎn)錄因子RsWRKY28正調(diào)控。過(guò)表達(dá)RsWRKY28促進(jìn)RsPDR8表達(dá)，進(jìn)而限制Cd積累；抑制RsWRKY28表達(dá)則導(dǎo)致蘿卜對(duì)Cd脅迫敏感性增加。

RsWRKY28正調(diào)控蘿卜對(duì)Cd脅迫的響應(yīng)

此外，研究還發(fā)現(xiàn)RsWRKY28與絲裂原活化蛋白激酶RsMAPK3/6產(chǎn)生互作，推測(cè)MAPK級(jí)聯(lián)可能參與Cd脅迫信號(hào)傳導(dǎo)并對(duì)RsWRKY28存在磷酸化修飾。體外模擬磷酸化證實(shí)，經(jīng)磷酸化修飾的RsWRKY28對(duì)RsPDR8的調(diào)控能力顯著增強(qiáng)，導(dǎo)致RsPDR8表達(dá)量進(jìn)一步提高而強(qiáng)化Cd外排能力，有效減少肉質(zhì)根Cd積累量。

RsMAPK3/6與RsWRKY28互作并促進(jìn)RsPDR8轉(zhuǎn)錄

綜上所述，該研究揭示了RsWRKY28-RsPDR8模塊通過(guò)促進(jìn)Cd外排降低蘿卜肉質(zhì)根Cd吸收累積的分子通路。研究結(jié)果將為蘿卜及其它根菜類(lèi)作物低Cd累積種質(zhì)創(chuàng)新與新品種選育提供重要的理論支撐與基因資源。

RsWRKY28-RsPDR8模塊調(diào)控蘿卜Cd吸收積累的作用模型

南京農(nóng)業(yè)大學(xué)作物遺傳與種質(zhì)創(chuàng)新利用全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/園藝學(xué)院、生物育種鐘山實(shí)驗(yàn)室已畢業(yè)碩士研究生楊志和為該論文第一作者，柳李旺教授和王燕副教授為通訊作者。園藝學(xué)院徐良教授，生命科學(xué)學(xué)院張克云副教授、汪瑾高級(jí)實(shí)驗(yàn)師等參與了該項(xiàng)研究。本研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新資金項(xiàng)目、江蘇省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（現(xiàn)代農(nóng)業(yè)）重點(diǎn)項(xiàng)目、江蘇省種業(yè)振興“揭榜掛帥”項(xiàng)目以及江蘇高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程（PAPD）等項(xiàng)目資助。

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