摘要
铝是地壳中含量最高的金属元素，随着土壤酸性程度加剧，铝毒逐渐成为限制酸性土壤中作物生长的主要因素。象草（Cenchruspurpureus）为禾本科多年生C4牧草，是热带和亚热带地区广泛栽培的优良饲草和能源草。当前象草主要种植地区土壤酸化现象日益严峻，对象草在内的作物生长造成了严重限制。但目前铝胁迫下象草的分子响应机制尚不清楚。本研究分析了铝处理下象草的表型变化和生理特征，结合转录组分析鉴定根系响应铝的关键通路和重要基因，并进一步鉴定分析MATE家族，对铝响应核心基因功能进行验证。主要研究结果如下： 1.界定了象草对Al3+耐受的浓度范围。AlCl3浓度为0.2mmol/L时促进象草生长，1mmol/L时开始抑制象草生长，10mmol/L以上则导致象草叶片失绿枯萎，象草对Al3+耐受的临界浓度为7.5~10mmol/L。在应对铝胁迫时，象草根系主要通过激活抗氧化系统，增加活性氧清除能力，并分泌大量柠檬酸来螯合Al3+，从而减轻细胞损伤。 2.鉴定出象草根系响应铝的关键代谢通路和核心基因。转录组分析鉴定出33,466个差异表达基因，KEGG富集分析显示大部分基因显著富集在糖酵解/糖异生、三羧酸循环和抗环血酸和醛酸代谢等关键代谢通路。进一步鉴定出铝处理后差异表达的以MATE为主的864个转运蛋白和以MYB为主的1,214个转录因子。WGCNA分析鉴定出包括CpMATE93在内的铝响应核心基因。 3.全基因组水平鉴定出185个CpMATE基因，分为C1、C2、C3和C4四个组。其中铝响应核心基因CpMATE93在重度胁迫下表达量显著提高，并且过表达CpMATE93后显著增强了酵母细胞的耐铝性。初步建立了根癌农杆菌介导的象草遗传转化体系，并获得了转CpMATE93基因的过表达株系和RNAi干扰株系，为象草的耐铝机制解析和耐铝种质创制奠定了基础。
NETL