土壤盐渍化导致植物产量损失、发育异常和离子输运紊乱，是当前困难立地人工林营建的主要限制因素。由于不可持续的灌溉策略以及全球气候变化加剧，全球范围内的土壤盐碱化程度仍在持续加剧。在杨属植物中，小叶杨 (Populus simonii) 由于具有显著的非生物逆境胁迫特性，因此被作为研究林木非生物胁迫耐受性的模式树种。小叶杨在我国自然分布广泛，其中部分分布区土壤含量可以达到5‰。然而，小叶杨耐盐特性自然变异的遗传基础尚未解析。近日，北京林业大学宋跃朋团队在JIPB发表了题为“The dual-action evolutionarily conserved NatB catalytic subunit NAA20 regulates poplar root development in response to salt and osmotic stresses”的研究论文 (https://doi.org/10.1111/jipb.13835)，揭示了NAA20 在盐胁迫与渗透胁迫下调控根系发育的双重功能。研究团队通过对505份小叶杨种质资源群体进行全基因组关联分析，发现位于PsiNAA20基因第四外显子的SNP位点Chr02:20765457 (P = 3.64 × 10–10) 与小叶杨种质资源的盐胁迫下相对存活率的关联最为显著。单倍型Hap03 (T-T-T-C) 的PsiNAA20转录丰度水平和耐盐性较高。研究结果表明，PsiNAA20是小叶杨耐盐性的正调控因子。对PsiNAA20基因进行过表达 (PsiNAA20-OE) 与敲除 (NAA20-KO)。对转基因植株进行盐胁迫处理，PsiNAA20-OE植株的根数、根重、根直径和根长密度均高于WT和NAA20-KO植株。结果表明PsiNAA20能够在不影响生长的情况下促进小叶杨的耐盐性。非损伤微观测 (Non-invasive microtest) 测试结果显示在盐胁迫下过表达PsiNAA20 促进了Na+和H+外排，以保持质膜H+梯度。同时，抑制了K+外排，提升小叶杨盐胁迫适应能力。在渗透胁迫下，与WT和PsiNAA20-OE植株相比，NAA20-KO植株的根重、根直径、根长密度、根水力导度和根呼吸速率显著更高，而根相对渗漏电导率显著更低。果表明PsiNAA20在小叶杨应对盐胁迫和渗透胁迫时具有双重作用。为阐明PsiNAA20在应对渗透和盐胁迫时的双功能机制，分析了PsiNAA20互作基因的表达模式与翻译效率。结果表明，对渗透胁迫响应的PsiNAA20互作基因主要在成熟叶片中优先表达，而对盐响应的基因主要在根系中表达。此外，对盐胁迫响应的PsiNAA20互作基因的翻译效率显著高于对渗透胁迫响应PsiNAA20互作基因的翻译效率，这表明互作基因的时空特异性的表达与翻译特性在维持PsiNAA20的双重功能中起着重要作用。![]()
图1. PsiNAA20在应对渗透和盐胁迫时的双功能机制北京林业大学生物学院已毕业硕士研究生高雨寒为该论文的第一作者，宋跃朋教授为通讯作者。林木分子育种团队负责人张德强教授对该研究设计提供了全面指导；该研究得到了科技创新2030-重大专项、国家自然科学基金项目、生物育种国家科技重大专项和111引智计划的联合资助.文章引用：
Gao,
Y., Bu, C., Chen, P., Hao, X., Zhang, R., Wang, M., Du, L., Zhang, D., Song, Y.(2024). The dual-action
evolutionarily conserved NatB catalytic subunit NAA20 regulates poplar root
development in response to salt and osmotic stresses. J. Integr. Plant Biol. https://doi.org/10.1111/jipb.13835
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