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中国热科院椰子所在槟榔生理性黄化等研究中取得重要进展
作者:李佳 来源:椰子研究所 发表时间:2021-08-04 点击:
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近日,中国热科院椰子所槟榔研究中心在槟榔叶片生理性黄化等研究方面取得重要进展,首次从分子水平揭示了槟榔叶片生理性黄化与条纹状白化的分子调控机制,为槟榔生理性黄化防治以及高效育种方面提供了理论支撑。

槟榔是我国热带地区重要的经济作物之一。近年来,槟榔生理性黄化和幼苗条纹状白化现象大面积发生,且逐加重导致槟榔长势以及槟榔果产量和质量遭受严重影响。然而目前,槟榔叶片生理性黄化与条纹状白化的分子机制尚不清楚,相关防控技术手段尚未建立,严重制约了槟榔产业的发展

中国热科院椰子所槟榔中心研究发现,槟榔缺铁处理20天后,叶片即会出现明显的黄化症状。通过对槟榔生理生化、转录和代谢水平进行比较分析,发现缺铁严重影响叶绿体的发育和氮素的同化,进而抑制叶绿素的合成,导致叶片黄化。槟榔响应缺铁的机制可能是通过合成并向根际分泌黄酮和酚酸等物质,进而促进有利于铁还原(或植物生长)的根际微生物的富集与生长。

 

ID(缺铁)、CK(正常铁)和EI(高铁)处理下槟榔叶绿体结构

此外,铁浓度过高亦会对槟榔产生毒害,POD相关基因的上调是抵抗高铁毒害的一种防御机制。本研究结果为精准控制铁浓度、改善槟榔生理性黄化提供了理论依据。 

 

不同铁水平处理下氮同化途径基因的表达情况

为阐明槟榔条纹状白化症状的调控机制,研究从生理生化和转录水平对正常和白化幼苗进行了比较分析。白化苗叶片叶绿体退化严重,导致叶绿素含量低,光合能力下降。其转录组测序分析表明,大多数参与色素生物合成的基因,包括叶绿素、类胡萝卜素和花青素,在白化叶片中显著下调。与其他植物不同的是,大多数参与叶绿体发育的基因显著上调。

 

正常(NS)与白化(AS)槟榔幼苗及叶片表型

此外,与衰老相关的基因ABA2、NAC和WRKY在白化苗中显著上调,这些基因的上调可能加速槟榔叶片的衰老,这表明槟榔叶片白化与其他植物具有不同的调控机制。本研究鉴定的与槟榔白化相关的基因将成为遗传修饰或分子标记开发的重要目标,将有助于未来槟榔的高效育种工作。

 

叶片白化形成的可能途径

该项工作相关研究成果分别以Iron deficiency leads to chlorosis through impacting chlorophyll synthesis and nitrogen metabolism in Areca catechu L.”和“Comparative biochemical and transcriptome analysis provides insights into the regulatory mechanism of striped leaf albinism in arecanut (Areca catechu L.)”为题中科院JCR二区的top期刊《Frontiers in Plant ScienceIF=5.7)和中科院JCR一区的top期刊《Industrial Crops and ProductsIF=5.6上发表中国热科院椰子所李佳助理研究员为这两篇文章的独立第一作者该项工作得到了海南省重大科技项目槟榔黄化灾害防控及生态高效栽培关键技术研究与示范ZDKJ201817经费的支持。

相关论文链接:https://doi.org/10.3389/fpls.2021.710093

https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2020.112734