紫花苜蓿（Medicago sativa）被誉为“牧草之王”，具有同源四倍体、多年生的特性。紫花苜蓿是全球栽培最广的豆科牧草，是美国第四大作物。据统计，我国紫花苜蓿种子80%以上依赖进口。我国紫花苜蓿的主栽区位于干旱、半干旱地区，干旱严重制约着紫花苜蓿干草的产量和品质。因此，亟需开展紫花苜蓿耐旱机理研究，为抗逆高产优质分子设计育种奠定理论基础。

近日，兰州大学草种创新与草地农业生态系统全国重点实验室、草地农业科技学院刘志鹏教授团队在国际植物学知名期刊The Plant Journal在线发表了题为“NUCLEAR TRANSPORT FACTOR 2-LIKE improves drought tolerance by modulating leaf water loss in alfalfa (Medicago sativa L.)”的研究论文，详细揭示了核转运因子MsNTF2L（NUCLEAR TRANSPORT FACTOR 2-like）正向调控紫花苜蓿耐旱性的作用机制。 试验室前期开展紫花苜蓿转录组测序，挖掘了一批紫花苜蓿耐旱候选基因，发现了一个功能未知的核转运因子MsNTF2L，其同源基因的功能也未见在植物中报道。在此基础上，发现MsNTF2L受到干旱、ABA和盐的显著诱导，其蛋白定位在细胞核、细胞质和细胞膜上。将MsNTF2L在拟南芥中过表达，发现转基因植株在种子萌发和幼苗生长阶段对ABA表现出敏感表型；但是显著提高了植株在萌发期、幼苗期及成苗期的耐旱性，表现出更高的萌发率、根长、鲜重和存活率，以及更低的活性氧水平。

随后，以紫花苜蓿（WT）为受体，获得了紫花苜蓿MsNTF2L过表达OE株系和RNAi株系，并在温室条件下对转基因株系开展了同盆和不同盆的干旱比较实验。结果发现，过表达MsNTF2L可以通过促进ROS清除、增加根系长度、降低气孔密度、加快ABA诱导的气孔关闭、促进表皮蜡质积累、以及提高植物光合能力赋予植物耐旱性；而RNAi植株表现出相反的表型（图1和图2）。接着，对紫花苜蓿WT、OE和RNAi株系进行转录组分析发现，大量涉及ABA/胁迫信号转导、抗氧化防御和渗透调节相关的基因在干旱处理中差异响应。此外，对紫花苜蓿WT、OE和RNAi株系的营养品质分析发现，在正常和干旱条件下，紫花苜蓿OE株系的干物质含量、粗蛋白含量、相对饲喂价值等指标与WT相比都无明显差异。

总之，该研究证实MsNTF2L是调控紫花苜蓿耐旱性方面的一个正向调控因子，通过调节叶片水分散失（与气孔和表皮蜡质相关）、抗氧化防御和光合作用，赋予紫花苜蓿耐旱性，为遗传改良紫花苜蓿耐旱性提供了潜在的候选基因（图3）。

作者和基金项目

兰州大学草种创新与草地农业生态系统全国重点实验室、草地农业科技学院萃英博士后罗栋为该文第一作者，刘志鹏教授为通信作者；团队青年研究员方龙发、博士后周强、博士生吴昱果、硕士生刘洁和张茜参与了该研究工作。该研究得到中国科学院战略性先导科技专项（A类）创建生态草牧业科技体系子课题（XDA26030103）、国家自然科学基金优秀青年基金项目（31722055）和国家自然科学基金面上项目（31672476）的资助。该团队在紫花苜蓿耐旱方面开展了系统研究，在The Crop Journal、International Journal of Biological Macromolecule、BMC Plant Biology发表论文80余篇，授权发明专利15件，选育牧草新品种（系）5个，创制转基因紫花苜蓿新材料5份（获批农业农村部中间试验）。

转自：“植物科学最前沿”微信公众号

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