2014年，水稻研究領(lǐng)域的著名期刊Rice刊登了中科院南京土壤所許衛(wèi)鋒教授與香港中文大學(xué)合作的題為《Genome duplication improves rice root resistanceto salt stress》的水稻抗鹽研究成果。水稻作為重要的糧食之一，也是鹽敏感作物。提升水稻抗鹽的內(nèi)外在機(jī)制研究甚多，但基因組重復(fù)對(duì)水稻耐鹽性影響的研究卻鮮有報(bào)道。本研究觀察并揭示了多倍體水稻耐鹽性提升的重要機(jī)制。
研究采用了同一品種的二倍體及四倍體水稻，分別培養(yǎng)在含有0、150 mM NaCl的1/2 MS培養(yǎng)基中。結(jié)果顯示，生長(zhǎng)在鹽環(huán)境中的水稻，其長(zhǎng)勢(shì)明顯受到影響，但四倍體水稻要明顯優(yōu)于二倍體。利用非損傷微測(cè)技術(shù)，檢測(cè)了各組樣品根部距離根尖0-5000 μm范圍的H+流速。結(jié)果顯示，距離根尖0-1000 μm范圍內(nèi)，兩組樣品H+流速?zèng)]有差異，而且在500-1000 μm之間，H+表現(xiàn)為吸收。從距離根尖1000 μm的位點(diǎn)開始至2000 μm，H+外排趨勢(shì)逐漸增大并達(dá)到穩(wěn)定值。二倍體與四倍體根尖H+流速對(duì)比顯示，1000-5000 μm區(qū)間內(nèi)，后者H+外排速率顯著高于前者，這也間接反映了四倍體植株的根內(nèi)pH較二倍體低。
此外，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，四倍體水稻植株MDA的含量，脯氨酸積累增多，MDA含量減少。ICP-AES檢測(cè)根部Na+含量結(jié)果顯示，四倍體水稻根部Na+含量顯著降低。微觀結(jié)構(gòu)觀察結(jié)果可見四倍體水稻的皮層細(xì)胞與中柱鞘間出現(xiàn)保護(hù)性間隙，這可能是阻擋根部吸收過多Na+的關(guān)鍵因素。研究認(rèn)為，基因組重復(fù)可提升水稻耐鹽能力，而這一現(xiàn)象可能與四倍體水稻加強(qiáng)了H+外排至根表面從而減少Na+的進(jìn)入根部有關(guān)。
目前，許衛(wèi)鋒教授利用非損傷微測(cè)技術(shù)（NMT）發(fā)表的SCI文章總影響因子已超過35.9，在干旱、磷、鹽堿脅迫等研究領(lǐng)域建立了完善、有效的NMT實(shí)驗(yàn)體系，已成為利用NMT研究“基因-功能”潮流的國(guó)內(nèi)引領(lǐng)者之一。
圖注：0、150 mM NaCl處理后，二倍體、四倍體水稻根部距離根尖0-5000 μm范圍內(nèi)的H+流速。
正值表示外排，負(fù)值表示吸收。
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