隨著工業(yè)化和城市化進(jìn)程的加快，鎘污染在生態(tài)系統(tǒng)中迅速蔓延。鎘的主要來源是土壤污染，植物修復(fù)是減少土壤鎘污染的有效方法之一。棉花作為一種主要用于工業(yè)目的的非糧食作物，與糧食作物（小麥、水稻和玉米）、油料作物（花生和大豆）和蔬菜（豆類、黃瓜和西紅柿）相比，在鎘的植物修復(fù)方面具有天然優(yōu)勢，避免了鎘進(jìn)入食物鏈的風(fēng)險(xiǎn)。因此，探究棉花響應(yīng)鎘脅迫的分子調(diào)控機(jī)制至關(guān)重要。

近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所李付廣研究員團(tuán)隊(duì)在Plant Biotechnology Journal上發(fā)表了以”GhRCD1 promotes cotton tolerance to cadmium by regulating the GhbHLH12-GhMYB44-GhHMA1 transcriptional cascade”為題的文章。揭示了氧化脅迫調(diào)控蛋白GhRCD1通過調(diào)控GhbHLH12-GhMYB44-GhHMA1轉(zhuǎn)錄級(jí)聯(lián)通路響應(yīng)鎘脅迫的分子機(jī)制，為培育耐鎘棉花新品種和通過植物修復(fù)手段降低鎘污染提供了新思路。

研究團(tuán)隊(duì)首先分離了一個(gè)對(duì)鎘敏感的T-DNA 插入突變體ghrcd1，其GhRCD1表達(dá)水平顯著降低。通過創(chuàng)制GhRCD1基因敲除突變體和過表達(dá)株系證實(shí)GhRCD1參與重金屬鎘引起的氧化脅迫反應(yīng)。研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)系列實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)GhRCD1響應(yīng)鎘脅迫的分子機(jī)制，GhRCD1直接與鎘耐受性負(fù)調(diào)控因子GhbHLH12相互作用，降低了GhbHLH12對(duì)其下游調(diào)控基因GhMYB44的轉(zhuǎn)錄抑制作用。接下來，表達(dá)豐度增加的GhMYB44激活下游重金屬轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白編碼基因GhHMAs的表達(dá)，上調(diào)的GhMHAs增加了鎘向液泡中的轉(zhuǎn)移，增強(qiáng)鎘從根部向地上部的轉(zhuǎn)運(yùn)，從而增強(qiáng)植物對(duì)鎘脅迫的耐受性。此外，GhMYB44 可以與GhPYL8 相互作用以調(diào)節(jié)ABA 介導(dǎo)的鎘耐受性。

圖1 GhRCD1-GhbHLH12-GhMYB44-GhHMA1調(diào)控棉花Cd²⁺耐受性的通路示意圖

此研究揭示了GhRCD1響應(yīng)鎘脅迫的調(diào)控級(jí)聯(lián)反應(yīng)，即GhRCD1-GhbHLH12-GhMYB44-GhHMA1分子模塊；增加了棉花中鎘耐受性調(diào)節(jié)機(jī)制的理解，為培育耐鎘棉花品種提供了優(yōu)異基因和材料；拓展了棉花在治理土壤重金屬污染方面的應(yīng)用改良方向。

Wei, X., Geng, M., Yuan, J., et al. GhRCD1 promotes cotton tolerance to cadmium by regulating the GhbHLH12–GhMYB44–GhHMA1 transcriptional cascade[J]. Plant Biotechnology Journal (2024).