文章信息
文章題目：A Gγ protein regulates alkaline sensitivity in crops
期刊：Science
發(fā)表時(shí)間：2023年3月24日
主要內容：中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所謝旗團隊、中國農業(yè)大學(xué)于菲菲團隊和華中農業(yè)大學(xué)歐陽(yáng)亦聃團隊聯(lián)合8家科研單位合作，在Science雜志上發(fā)表了文章 A Gγprotein regulates alkaline sensitivity in crops，該研究發(fā)現了一個(gè)重要的耐鹽堿調控基因AT1（Alkali tolerance 1），通過(guò)對該基因的操縱，可以顯著(zhù)提高多種作物的鹽堿耐受性，并揭示了AT1通過(guò)調節細胞中的活性氧（ROS）水平來(lái)參與堿脅迫響應的分子機理。
原文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.ade8416
使用TransGen產(chǎn)品：
TransScript? II Reverse Transcriptase[M-MLV,RNaseH-]（High Temperature RT）(AH101)
TransStart? Green qPCR SuperMix UDG (AQ111)
研究背景
伴隨人口的快速增加、人均可用耕地和淡水資源越來(lái)越少，預計到2050年全球農作物產(chǎn)量需要翻番才能滿(mǎn)足人類(lèi)糧食的需求。根據聯(lián)合國糧農組織的調查數據顯示，目前全球有超過(guò)10億公頃的鹽漬化土壤因鹽堿程度過(guò)高而不能被有效利用，并且不合理的施肥灌溉將進(jìn)一步加劇鹽堿地面積的擴張，土壤鹽漬化問(wèn)題已經(jīng)成為世界性難題。因此，通過(guò)培育耐鹽堿農作物，提高鹽漬化土地產(chǎn)能，是解決未來(lái)人類(lèi)糧食安全和農業(yè)發(fā)展的重要途徑。鹽漬化土地分為中性pH的鹽地（富含氯化鈉和硫酸鈉）和高pH的蘇打鹽堿地（富含碳酸鈉和碳酸氫鈉，約占60%）。目前我們對于植物耐鹽機制的研究已較為成熟，但是對植物耐堿機制的認識仍有嚴重不足。
高粱作為世界第五大作物，起源于非洲，是世界上最早被栽培的農作物之一，較其他主糧作物對鹽堿脅迫有更好的耐受性，迄今為止仍然是世界干旱和半干旱地區的主要糧食來(lái)源。高粱屬禾本科，基因組小且種質(zhì)資源豐富，因此可被作為理想的挖掘耐鹽堿基因資源的模式作物。
文章概述
謝旗團隊利用高粱資源群體，通過(guò)全基因組關(guān)聯(lián)分析首先定位克隆到一個(gè)與高粱耐堿性顯著(zhù)相關(guān)的主效位點(diǎn)，命名為AT1，其編碼一個(gè)異源三聚體G蛋白γ亞基（Gγ），與水稻的粒形調控基因GS3同源。單倍型分析發(fā)現AT1基因內存在一個(gè)發(fā)生移碼突變的自然變異與耐鹽堿性狀變異呈極顯著(zhù)相關(guān)。構建高粱AT1過(guò)表達、基因編輯和近等基因系等遺傳材料并進(jìn)行耐鹽堿表型分析，發(fā)現AT1在高粱堿脅迫的響應過(guò)程中起負調控作用。同時(shí)，發(fā)現AT1/GS3負調控堿脅迫耐受性的作用在其它禾本科作物包括水稻、谷子和玉米中都是高度保守的。進(jìn)一步研究發(fā)現敲除小麥中的AT1基因同樣增強其耐鹽堿性。
為揭示AT1調控植物堿脅迫響應的分子機制，利用免疫共沉淀聯(lián)合LC-MS蛋白質(zhì)譜的方法鑒定到AT1的互作水通道蛋白SbPIP2;1/2;2和SbPIP1;3/1;4，并證實(shí)它們在植物體內體外均存在相互作用。利用pH不敏感的H2O2特異性熒光探針Cyto-roGFP2-Orp1進(jìn)行實(shí)驗，發(fā)現在鹽堿脅迫環(huán)境下，PIP2;1促進(jìn)過(guò)氧化氫（H2O2）外排以減輕堿脅迫對細胞帶來(lái)?yè)p傷。進(jìn)一步研究發(fā)現，在鹽堿處理下，AT1/GS3通過(guò)抑制PIP2;1蛋白的磷酸化水平影響細胞中活性氧水平。因此，在堿脅迫條件下，AT1可能通過(guò)減弱PIP2;1的磷酸化來(lái)調節植物細胞中的ROS穩態(tài)，植物進(jìn)而表現出堿敏感的表型；改造該基因則可緩解此毒害，賦予植物高耐鹽堿性。
為進(jìn)一步檢驗AT1基因的改造對作物在耐鹽堿地上產(chǎn)量的影響，在吉林大安和寧夏平羅鹽堿地進(jìn)行了大田實(shí)驗，發(fā)現基于耐鹽堿等位基因AT1/GS3改良的水稻、玉米、高粱和谷子均有效提高了約20-30%的產(chǎn)量和生物量。
綜上，該研究鑒定了一個(gè)控制禾本科作物（包括水稻、玉米、小麥、高粱和谷子）負調控耐堿性的關(guān)鍵因子AT1，解析了它通過(guò)影響水通道蛋白PIP2的磷酸化來(lái)調節H2O2的分布，進(jìn)而維持ROS穩態(tài)和減輕堿脅迫對植物的傷害的分子機制?；谶@一發(fā)現，通過(guò)設計AT1基因可以顯著(zhù)提高鹽堿地作物的存活率、產(chǎn)量和生物量。未來(lái)將該基因用于分子設計耐鹽堿作物的育種遺傳改良中，將為解決全球糧食安全危機和高效利用鹽堿土地提供理論指導。
Gγ亞基編碼基因AT1介導植物對堿脅迫的響應機制
全式金產(chǎn)品支撐
優(yōu)質(zhì)的試劑是科學(xué)研究的利器。全式金的反轉錄產(chǎn)品TransScript? II Reverse Transcriptase[M-MLV,RNaseH-]（High Temperature RT）（AH101）與qPCR產(chǎn)品TransStart? Green qPCR SuperMix UDG（AQ111）助力本研究。
TransScript? II Reverse Transcriptase[M-MLV,RNaseH-]（High Temperature RT）（AH101）
產(chǎn)品特點(diǎn)：
? 高熱穩定性：反應溫度42℃-55℃。
? 高靈敏度、特異性、強聚合能力。
? 無(wú)RNase H活性，避免了第一鏈cDNA合成反應中DNA/RNA雜交體中模板RNA被降解，從而保證第一鏈cDNA合成量和長(cháng)度。
? 合成片段≤15 kb。
TransStart? Green qPCR SuperMix UDG（AQ111）
產(chǎn)品特點(diǎn)：
? 使用雙封閉法TransStart? Taq新型熱啟動(dòng)酶，提高靈敏度，增強特異性，數據準確。
? 使用UDG酶和dUTP有效防止PCR產(chǎn)物的交叉污染，數據準確。
? 雙陽(yáng)離子緩沖液，增強特異性，減少引物二聚體形成，數據準確。
? 配有適用于不同機型的Passive Reference Dye (調整PCR加樣誤差引起的管間差異)，數據準確。
全式金產(chǎn)品再一次登上Science期刊，證明了大家對全式金產(chǎn)品品質(zhì)和實(shí)力的認可，也完美詮釋了全式金一直以來(lái)秉承的“品質(zhì)高于一切，精品服務(wù)客戶(hù)”的理念。全式金始終在助力科研的道路上砥礪前行，希望未來(lái)能與更多的科研工作者并肩奮斗，用更多更好的產(chǎn)品持續助力科研。
使用TransScript? II Reverse Transcriptase[M-MLV,RNaseH-]（High Temperature RT）（AH101）產(chǎn)品發(fā)表的部分文章：
? Zhang H L, Yu F F, Xie P, et al. A Gγ protein regulates alkaline sensitivity in crops [J]. Science, 2023.
使用TransStart? Green qPCR SuperMix UDG（AQ111）產(chǎn)品發(fā)表的部分文章：
? Zhang H L, Yu F F, Xie P, et al. A Gγ protein regulates alkaline sensitivity in crops [J]. Science, 2023.
? Zhang Y, Gao Y, Wang H L, et al. Verticillium dahliae secretory effector PevD1 induces leaf senescence by promoting ORE1-mediated ethylene biosynthesis[J]. Molecular plant, 2021.
? Zhang Y, Gao Y, Liang Y, et al. Verticillium dahliae PevD1, an Alt a 1-like protein, targets cotton PR5-like protein and promotes fungal infection[J]. Journal of experimental botany, 2019.
