【科研新进展】杨培志教授在紫花苜蓿根瘤共生抗旱性研究方面取得新进展

近日，学院杨培志教授在中科院1区Top期刊 Journal of Agricultural and Food Chemistry 发表了题为“Insights into the Impact of Trans-Zeatin Overproduction-Engineered  Sinorhizobium meliloti on Alfalfa ( Medicago sativa L.) Tolerance to Drought Stress”的研究论文，我院博士生于文哲和上海大学生命科学学院教授罗利为共同第一作者，杨培志教授为通讯作者。

紫花苜蓿是一种栽培广泛的多年生豆科牧草，具有极高的经济价值。干旱是限制苜蓿生产的重要因素之一。本研究采用合成生物学的方法构建了两种能够产生反式玉米素的工程根瘤菌菌株，并探索了它们在提高紫花苜蓿抗旱性方面的潜力。结果表明，两种工程根瘤菌的接种均提升了紫花苜蓿植株的内源反式玉米素含量。干旱处理后，接种了工程根瘤菌的紫花苜蓿植株相比较对照植株表现出相对较轻的萎蔫和黄变，以及更高的相对含水量，体现出更强的抗旱性。结合生理实验和转录组测序结果，发现在干旱条件下，接种工程根瘤菌一方面延缓了紫花苜蓿的气孔关闭，维持了植株叶绿素含量和蒸腾速率，从而减轻了干旱胁迫对紫花苜蓿光合速率的影响；另一方面，激活了抗氧化酶的活性和渗透物质的积累，缓解了活性氧对植物细胞的伤害；两条途径的协同作用最终提升了接种工程根瘤菌苜蓿植株的抗旱性。值得一提的是，在非干旱条件下，接种工程根瘤菌对紫花苜蓿生物量和根瘤的形成无显著影响，这表明研究者创制的这两种工程根瘤菌不会影响紫花苜蓿的正常生长，具有良好的实践价值。该研究创制了两种能够显著提升紫花苜蓿抗旱性的工程根瘤菌种，揭示了产反式玉米素工程根瘤菌的接种通过维持光合作用和缓解活性氧损伤提升了紫花苜蓿抗旱性。在人工定向干预植物促生菌性状方面做出了新的尝试，也在根瘤菌接种提升苜蓿抗旱性的机理上做出了理论贡献。

原文链接：https://doi.org/10.1021/acs.jafc.4c00115