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武漢植物園成功利用遺傳改良方法增強高羊茅鎘修復能力

  遺傳改良被認為是提高植物鎘修復的重要手段。高羊茅是我國重要的草坪草。已有研究報道,高羊茅具有一定的耐鎘性,可用于鎘污染土壤的植物修復。然而,目前高羊茅遺傳轉化不夠成熟,有關其耐鎘研究主要關注于生理生化表型研究,缺乏高羊茅遺傳改良提高其鎘修復能力的研究。
  中國科學院武漢植物園草坪草與牧草分子育種學科組在國際植物學期刊Journal of Hazardous Materials上,發表了“Overexpression of FaHSP17.8-CII improves cadmium accumulation and tolerance in tall fescue shoots by promoting chloroplast stability and photosynthetic electron transfer of PSII”的研究論文。該研究在高羊茅中超表達FaHSP17.8-CII基因,不僅增強了植株耐鎘能力,而且極大提高了地上部鎘的富集能力。此研究開啟了遺傳改良草坪草,提高重金屬修復能力的新模式。FaHSP17.8-CII-OE遺傳材料可在將來作為鎘污染修復的優質種質材料。
  該研究發現,在高羊茅中超表達FaHSP17.8-CII基因,極大緩解了鎘對植株葉片和葉綠體結構,以及葉綠素的毒害作用,降低了ROS富集水平,增強了PSII活性。ROS富集水平下降以及PSII活性增強,直接導致了植株鎘修復能力的改變。進一步研究表明,在高羊茅中超表達FaHSP17.8-CII基因,植株地上部鮮重增加了30-40%。FaHSP17.8-CII-OE遺傳材料中,鎘地下部向地上部轉移因子(TF)增加了69%-85%,而其地上部鎘富集能力增加了49-59%。
  武漢植物園草坪草與牧草分子育種學科組的陳良研究員為本論文的通訊作者,胡濤副研究員為該論文的第一作者。該論文得到了國家自然科學基金和山東省重大科技專項的資助。
  論文鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0304389421008967
圖1. FaHSP17.8-CII-OE植株富集鎘表型
 圖2. FaHSP17.8-CII-OE植株主要通過降低ROS水平和增強PSII活性,提高植株鎘修復能力
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