刘树伟教授课题组解析小麦耐碱分子新机制

近日，山东大学生命科学学院刘树伟教授课题组在国际学术期刊Molecular Plant（IF，21.949）在线发表了题为“Ca2+-dependent TaCCD1 cooperates with TaSAUR215 to enhance plasma membrane H+-ATPase activity and alkali stress tolerance by inhibiting PP2C-mediated dephosphorylation of TaHA2in wheat”的研究论文，揭示了钙离子结合蛋白TaCCD1调控小麦耐碱性的分子机制，为小麦抗碱育种改良提供了理论依据和基因资源。


土壤盐渍化是制约农业生产的重要因素。盐渍化的土壤中除了含中性盐NaCl和Na2SO4外，还含有相当数量的碱性盐NaHCO3 和Na2CO3，与中性盐胁迫相比，碱胁迫由于会导致较高的pH从而给植物造成更严重的伤害。目前对于植物尤其是作物调控碱胁迫应答的分子机制了解很少，亟需加强。山融4号（SR4）是通过普通小麦济南177（JN177）与长穗偃麦草的不对称体细胞杂交选育出的耐盐碱小麦渐渗系新品系，研究发现SR4具有较强的耐碱性，是解析小麦耐碱分子机制的好材料。

研究发现SR4的耐碱性与其根部较强的PM H+-ATPase活性及H+外排能力有关，且钙离子信号在SR4耐碱中发挥重要作用。作者鉴定到一个碱胁迫下在SR4根中特异上调表达的钙离子结合蛋白TaCCD1，其在小麦中过量表达能够促进PM H+-ATPase活性并增强小麦对于碱胁迫的耐受性，而其表达量敲低则降低PM H+-ATPase活性并导致小麦对于碱胁迫敏感，表明TaCCD1通过影响质膜H+-ATPase活性调控小麦耐碱性。作者进一步研究发现TaCCD1与生长素早期响应蛋白TaSAUR215相互作用并增强了TaSAUR215对两种D家族2C型蛋白磷酸酶TaPP2C.D1/8活性的抑制，而TaPP2C.D1/8通过对小麦根部表达量最高的PM H+-ATPase TaHA2的C端倒数第二位苏氨酸残基（Thr926）进行去磷酸化来抑制PM H+-ATPase的活性，从而调节小麦碱胁迫耐受性。

该工作得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金、山东省农业良种工程项目和国家重点研发计划等项目的资助。生命科学学院博士研究生崔铭翰为该论文第一作者，刘树伟教授为通讯作者。生命科学学院夏光敏教授对该工作进行了指导和帮助。

刘树伟教授团队长期从事小麦耐盐碱、优质、高产等相关性状的功能基因发掘及分子机制研究。近年来研究成果先后发表在包括Molecular Plant、Plant Cell、Plant Biotechnology Journal、Plant Journal、Journal of Experimental Botany及Genetics等著名国际学术期刊。

论文链接：https://www.cell.com/molecular-plant/fulltext/S1674-2052(23)00010-2