重金屬鎘（Cd）污染對植物和土壤的脅迫嚴重威脅生態環境與人類健康。目前尚不清楚R2R3-MYB型花青素調控因子AN2是否參與植物對鎘脅迫的耐受機制。研究發現，過表達黑果枸杞LrAN2基因（OE-LrAN2）顯著增強了轉基因幼苗對鎘脅迫的耐受性，這種耐受性可能源于生物量的提升和氧化還原穩態的優化，其機制涉及花青素、抗壞血酸、類胡蘿卜素等抗氧化物質的生物合成，以及過氧化氫酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）和過氧化物酶（POD）等抗氧化酶系統的協同調控。
中國科學院華南植物園科研人員通過對經0、25、50、100 μM CdCl2處理30天的OE-LrAN2幼苗進行轉錄組分析，利用加權基因共表達網絡分析（WGCNA）構建了LrAN2介導的調控網絡，預測了黑果枸杞耐鎘脅迫的潛在關鍵基因。并通過染色質免疫沉淀測序分析表明，LrAN2的下游靶基因涉及花青素、甘氨酸甜菜堿和脯氨酸的生物合成，生長素、乙烯和細胞分裂素等植物激素信號通路，以及重金屬陽離子轉運ATP酶、MATE和ABC轉運蛋白等溶質運輸系統。雙熒光素酶報告基因檢測證實，LrAN2可激活類胡蘿卜素合成基因（LrBCH）、MATE型花青素轉運蛋白基因（LrTT12）和生長素響應蛋白家族基因（LrSAUR72）的表達。通過酵母體內功能驗證，發現LrAN2的靶基因LrTT12（TT12Lru03G01504）能夠將Cd隔離至液泡，從而實現Cd解毒。綜上所述，LrAN2通過多維度調控策略增強黑果枸杞對鎘脅迫的耐受性，為長期困擾的鎘污染治理開辟新途徑。本研究鑒定的LrAN2靶基因群為作物耐鎘遺傳改良提供了寶貴的基因資源。
相關研究成果以“Overexpression of anthocyanin activator LrAN2 improving black goji berry (Lycium ruthenicum) tolerant to cadmium stress” 為題近期發表在國際主流期刊Journal of Hazardous Materials（《《危險材料雜志》》）。中國科學院華南植物園艾培炎博士后為本文第一作者，曾少華研究員為通訊作者。該研究工作得到了中國科學院華南植物園王瑛研究員、新疆大學李巖教授、內蒙古林科院楊榮副研究員的大力支持。該工作得到了國家自然科學基金項目的資助。文章鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0304389425016024
圖1. LrAN2增強黑果枸杞幼苗耐鎘脅迫推測模式圖
附件下載：