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)際期刊《Molecular Horticulture》在線(xiàn)發(fā)表題為 “RsWRKY15-RsPDR12 module regulates Cd uptake and accumulation by promoting Cd efflux in radish (Raphanus sativus L.) ”的研究論文，揭示了RsWRKY15-RsPDR12模塊降低蘿卜肉質(zhì)根Cd吸收累積的分子機(jī)制。

蘿卜是十字花科蘿卜屬重要根菜類(lèi)蔬菜，營(yíng)養(yǎng)豐富，用途多樣，在我國(guó)蔬菜生產(chǎn)和周年供應(yīng)中占有重要地位。鎘（Cd）是生物體非必需的重金屬元素之一，生物毒性極強(qiáng)。由于礦產(chǎn)資源不合理開(kāi)發(fā)利用、工業(yè)“三廢”排放以及固體廢棄物處理不善，導(dǎo)致土壤重金屬污染，不斷加劇農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)。Cd被植物體吸收后會(huì)影響水分吸收、離子轉(zhuǎn)運(yùn)、細(xì)胞代謝等生理生化過(guò)程，并可通過(guò)食物鏈在人體內(nèi)富集，產(chǎn)生毒害效應(yīng)。如何有效控制蘿卜肉質(zhì)根中Cd等重金屬吸收累積，已成為蔬菜作物重要目標(biāo)性狀遺傳改良與優(yōu)異種質(zhì)創(chuàng)新領(lǐng)域亟待突破的研究方向。

研究團(tuán)隊(duì)前期從蘿卜中鑒定出受Cd脅迫誘導(dǎo)高表達(dá)的植物多向耐藥性(Pleiotropic Drug Resistance, PDR)基因RsPDR12（Zhang et al., Plant Physiol Biochem, 2023）。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)RsPDR12可顯著減少體內(nèi)Cd累積量。利用Cd熒光探針染色和非損傷微測(cè)（NMT）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)果發(fā)現(xiàn)過(guò)表達(dá)RsPDR12的根系Cd內(nèi)流速率顯著減少，Cd積累量降低（圖1），證實(shí)RsPDR12基因在蘿卜中起到Cd外排的作用。

圖1 過(guò)表達(dá)RsPDR12基因減少植株Cd累積

為進(jìn)一步解析RsPDR12降低Cd積累的分子機(jī)制，利用酵母單雜交篩庫(kù)實(shí)驗(yàn)鑒定到RsPDR12基因上游調(diào)控因子RsWRKY15。Y1H和DLA分析發(fā)現(xiàn)RsWRKY15可結(jié)合在RsPDR12啟動(dòng)子上，并激活其表達(dá)（圖2）。RsWRKY15定位于細(xì)胞核，其表達(dá)受到Cd脅迫顯著誘導(dǎo)。

圖2 RsWRKY15正向調(diào)控RsPDR12基因表達(dá)

對(duì)過(guò)表達(dá)RsWRKY15的煙草進(jìn)行檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，其根系Cd內(nèi)流速率顯著減少，體內(nèi)Cd累積量降低（圖3），表明RsWRKY15可降低植物體內(nèi)Cd累積量。

圖3 過(guò)表達(dá)RsWRKY15降低植株中鎘的積累量

綜上所述，該研究揭示了RsWRKY15-RsPDR12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。正常情況下，RsWRKY15表達(dá)量處于穩(wěn)態(tài)；Cd脅迫處理下，RsWRKY15表達(dá)量顯著上調(diào)，并能促進(jìn)RsPDR12的轉(zhuǎn)錄，RsPDR12編碼一個(gè)Cd²⁺外排蛋白，能夠?qū)?/span>Cd²⁺泵出細(xì)胞，進(jìn)而降低蘿卜植株中Cd累積量（圖4）。該研究結(jié)果將為蘿卜肉質(zhì)根Cd吸收累積分子機(jī)制解析及低Cd累積種質(zhì)創(chuàng)新提供重要的理論基礎(chǔ)與技術(shù)支撐。

圖4 RsWRKY15-RsPDR12模塊調(diào)控蘿卜肉質(zhì)根Cd吸收累積的分子機(jī)制

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)室柳李旺教授為通訊作者，已畢業(yè)碩士研究生麻世琳為該論文的第一作者，徐良教授、王燕副教授等參與了本項(xiàng)研究。該研究得到國(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)工程資助項(xiàng)目（PAPD）共同資助。

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