紫花苜蓿(Medicago sativa L.)是世界上最重要的多年生豆科牧草之一，因其品质好、蛋白含量高、生态适应性广等优势，被称为“牧草之王”。土壤盐碱化限制苜蓿生长，降低了其产量和品质。植物细胞壁在抗逆中起重要作用，但盐碱胁迫与植物细胞壁组成和结构的关系尚不清楚。因此，阐明细胞壁结构的变化与胁迫适应的关系，挖掘耐盐碱基因对于通过基因工程培育苜蓿耐盐碱品种和盐碱地的开发利用具有重要意义。
近期，The Plant Journal在线发表了哈尔滨师范大学郭长虹教授团队题为 “MsMIOX2, encoding a MsbZIP53-activated myo-inositol oxygenase, enhances saline-alkali stress tolerance by regulating cell wall pectin and hemicellulose biosynthesis in alfalfa”的研究论文。本研究旨在阐明盐碱胁迫下MsMIOX2 对细胞壁果胶和半纤维素生物合成的影响，并确定调控 MsMIOX2 的上游转录因子。
从苜蓿基因组中鉴定出 10 个可能编码肌醇加氧酶(MIOX)的基因，其中 MsMIOX2 受盐碱胁迫诱导表达，其表达量在苜蓿叶片和根部分别在 6h 和 24h 达到峰值。MsMIOX2定位于细胞核和质膜，具有 MIOX 活性，其活性在盐碱胁迫下显著升高。
图1 盐碱胁迫诱导苜蓿中MsMIOX2的表达和 MIOX 活性
通过构建 MsMIOX2 过表达和 RNAi 株系，发现 MsMIOX2 过表达可提高苜蓿在盐碱胁迫下的抗氧化能力和光合作用，增强其盐碱胁迫耐受性；而 RNAi 则降低其耐受性。MsMIOX2 过表达可增加细胞壁果胶和半纤维素的积累，使细胞壁增厚；而 RNAi 则减少细胞壁厚度。MsMIOX2具有肌醇加氧酶活性，可增加多糖含量，促进果胶和半纤维素的生物合成。
通过酵母单杂交、电泳迁移率变动分析、β-葡萄糖醛酸苷酶等实验，鉴定出 MsbZIP53 是 MsMIOX2 的上游转录因子。MsbZIP53可结合到 MsMIOX2 启动子的 G-box 元件上，激活其表达。MsbZIP53 过表达可提高 MsMIOX2 的表达量，增强 MIOX 活性，提高苜蓿的抗氧化能力和光合作用，增加其盐碱胁迫耐受性。研究中，苜蓿光合作用相关的叶绿素荧光参数通过便携式光合仪GFS-3000以及叶绿素荧光成像系统IMAGING-PAM完成。
MsMIOX2 通过调节细胞壁果胶和半纤维素的生物合成来增强苜蓿的盐碱胁迫耐受性；MsbZIP53-MsMIOX2 调控模块通过影响细胞壁多糖生物合成、果胶和半纤维素含量以及细胞壁结构，正向介导苜蓿的盐碱胁迫耐受性。
