羊草是我国北方草原的优良牧草，也是生态恢复的重要草种，对高光、干旱、寒冷等非生物胁迫具有良好的适应性。然而，受羊草遗传信息和转化技术限制，其适应性调控的分子机制尚不明确。迄今为止，用于羊草性状改良的优异基因资源仍然有限，影响了分子育种技术体系在羊草快速改良中的应用。
中国科学院植物研究所于龙江研究组等联合中国科学院遗传与发育生物学研究所、南京师范大学研究团队鉴定出羊草中参与逆境适应的重要基因LcASR，并深入揭示了LcASR通过维持叶绿体光合活性增强逆境适应能力的新机制。
研究人员利用转录组分析、RACE等技术鉴定了调控羊草叶绿素合成的关键基因LcASR。该基因编码一个含有TPR结构域的叶绿体蛋白，但功能未知。为了进一步研究其功能，科研人员利用农杆菌介导的转基因体系分别实现了LcASR在羊草和模式生物拟南芥中的过表达，获得了稳定表达的遗传株系；并在此基础上系统分析了过表达株系中光合生理性状以及多种逆境适应能力的变化。结果表明，LcASR在羊草中的过表达可以显著提升羊草色素含量和叶片宽度，有效提高羊草的生物量。进一步的功能解析显示，LcASR蛋白与叶绿素合成后期的关键蛋白互作，通过调控色素合成提高光反应效率和碳同化效率。此外，在高光条件下，LcASR的过表达能够帮助维持羊草和拟南芥光系统的稳定性，提高光合效率；在干旱条件下，LcASR的过表达有助于调控拟南芥的蒸腾速率，提升抗旱能力。以上结果表明，LcASR基因通过在不同环境下优化羊草色素合成、维持较高的光合效率以提高抗逆性。本研究不仅揭示了叶绿素合成通路调控与羊草显著的环境适应性之间的关系，也将为羊草的性状改良提供重要的基因资源和理论依据。
该研究成果于11月18日在线发表于国际学术期刊The Plant Journal，植物所博士研究生安文静为论文的第一作者，季代丽副研究员、南京师范大学迟伟教授、遗传发育所张率斌副研究员为共同通讯作者。曹晓风院士和植物所于龙江研究员、陈双燕副研究员等也参与了该项研究工作。研究得到中国科学院战略性先导科技专项、国家重点研发计划和中国科学院青年创新促进会基金的资助。
论文链接：
http://doi.org/10.1111/tpj.17144
LcASR调控不同条件下羊草光合效率的模式图
A，正常光下野生型羊草色素与光系统复合物状态；B，高光下LcASR过表达调控羊草光系统复合物的稳定性。
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