《基於組學方法研究西藏野生大麥特異種質的耐鋁機制》是依託浙江大學，由蔡聖冠擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於組學方法研究西藏野生大麥特異種質的耐鋁機制
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：蔡聖冠
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
鋁毒是酸性土壤上限制作物生長的主要毒害因子，提高作物耐酸鋁能力對於促進土壤資源利用具有重大意義。西藏野生大麥是我國獨有的珍稀種質資源，由於長期生長在惡劣的生態環境下，逐漸形成了相適應的抗逆機制。在前期工作中，我們鑑定得到了西藏野生大麥耐鋁種質，而現有的栽培大麥耐鋁理論不能解釋其耐鋁機制。為了闡明其特異的耐鋁機制，本項目擬採用組學方法，分析和比較野生和栽培大麥根尖組織在轉錄組和代謝組水平對鋁毒脅迫的回響差異，主要研究內容有：（1）採用離子色譜技術，研究根系分泌物組分及其含量的變化；（2）採用RNA-Seq技術，研究轉錄組的回響差異，鑑定耐鋁相關基因及基因網路；（3）採用氣相色譜-質譜聯用（GC-MS）技術，研究代謝組的回響差異和鋁毒脅迫對代謝物和代謝通路的影響。本項目可望闡明鋁毒耐性相關的“基因-代謝產物”的分子生理途徑，揭示野生大麥特異的耐鋁毒生理分子機制，為大麥耐鋁育種實踐提供理論指導。
結題摘要
鋁毒是酸性土壤限制作物生長的主要限制因子，而大麥（Hordeum vulgare）是穀類作物中對鋁毒脅迫較為敏感的作物，改良大麥的鋁毒耐性對提高酸土上的大麥產量和品質具有重要意義。我們從110份西藏野生大麥種質中鑑定得到優異的耐鋁種質XZ28和XZ29，利用微電極離子流測定技術（MIFE）、二次離子質譜（SIMS）、雷射共聚焦成像技術（Confocal）和組學手段等多種前沿技術，揭示了西藏野生大麥的耐鋁機制。主要結果如下：（1）利用微電極離子流測定技術，研究發現鋁毒處理誘導增加XZ29根系伸長區HPO42-的外排，螯合根系鋁離子，減少鋁離子進入根系組織。（2） 利用二次離子質譜和雷射共聚焦成像技術研究鋁和磷元素在根尖不同區域的含量和分布，研究發現XZ29磷酸鹽固定鋁離子在根成熟區表皮細胞，從而阻止鋁離子進入皮層細胞。（3）利用氣質聯用技術，研究發現維持相對較高的磷酸糖類含量，從而維持正常的糖酵解途徑代謝水平，是XZ29耐鋁的生理基礎。（4） 利用高解析度液質聯用技術，研究發現次生代謝物羥基肉桂酸醯胺及其代謝產物大麥亭含量回響鋁毒脅迫急劇增加，為研究酚類物質和細胞壁組分在大麥耐鋁機制中的作用提供了新的線索。（5） 利用轉錄組學技術，繪製了鋁毒脅迫下大麥根系的轉錄組剖面，找到一些回響鋁毒脅迫的轉錄因子、激酶等信號轉導途徑的因子，分析苯丙烷途徑和細胞壁修飾的通路基因對鋁毒脅迫的回響。本研究結果為揭示大麥耐鋁毒機理提供重要的理論參考，耐鋁毒野生大麥種質XZ29可為大麥及其它作物的耐鋁毒育種提供優異的耐鋁毒基因資源。
