近日，中國熱科院椰子所檳榔研究中心在檳榔葉片生理性黃化等研究方面取得重要進展，首次從分子水平揭示了檳榔葉片生理性黃化與條紋狀白化的分子調(diào)控機制，為檳榔生理性黃化防治以及高效育種方面提供了理論支撐。
檳榔是我國熱帶地區(qū)重要的經(jīng)濟作物之一。近年來，檳榔生理性黃化和幼苗條紋狀白化現(xiàn)象大面積發(fā)生，且逐年加重，導(dǎo)致檳榔長勢以及檳榔果產(chǎn)量和質(zhì)量遭受嚴重影響。當前，檳榔葉片生理性黃化與條紋狀白化的分子機制尚不清楚，相關(guān)防控技術(shù)手段尚未建立，嚴重制約了檳榔產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
中國熱科院椰子所檳榔研究中心通過前期大量研究發(fā)現(xiàn)，相對于氮、鉀、鎂、鋅、硼等營養(yǎng)元素，檳榔對鐵元素的響應(yīng)是最敏感。檳榔幼苗缺鐵處理20天后，葉片即會出現(xiàn)明顯的黃化癥狀。為闡明其調(diào)控機制，通過對檳榔生理生化、轉(zhuǎn)錄和代謝水平進行比較分析，發(fā)現(xiàn)缺鐵嚴重影響葉綠體的發(fā)育和氮素的同化，進而抑制葉綠素的合成，導(dǎo)致葉片黃化。檳榔響應(yīng)缺鐵的機制可能是通過合成并向根際分泌黃酮和酚酸等物質(zhì)，進而促進有利于鐵還原（或植物生長）的根際微生物的富集與生長。此外，鐵濃度過高亦會對檳榔產(chǎn)生毒害，POD相關(guān)基因的上調(diào)是抵抗高鐵毒害的一種防御機制。本研究結(jié)果為精準控制鐵濃度、改善檳榔生理性黃化提供了理論依據(jù)。
ID（缺鐵）、CK（正常鐵）和EI（高鐵）處理下檳榔葉綠體結(jié)構(gòu)
不同鐵水平處理下氮同化途徑基因的表達情況
同時，為闡明檳榔條紋狀白化癥狀的調(diào)控機制，研究團隊從生理生化和轉(zhuǎn)錄水平對正常和白化幼苗進行了比較分析。發(fā)現(xiàn)白化苗葉片葉綠體退化嚴重，導(dǎo)致葉綠素含量低，光合能力下降。白化葉片中與葉綠素、類胡蘿卜素和花青素等色素生物合成的基因顯著下調(diào)，但大多數(shù)參與葉綠體發(fā)育的基因確顯著上調(diào)。此外，與衰老相關(guān)的基因ABA2、NAC和WRKY在白化苗中顯著上調(diào)，這些基因的上調(diào)可能加速檳榔葉片的衰老，這表明檳榔葉片白化與其它植物具有不同的調(diào)控機制。本研究鑒定的與檳榔白化相關(guān)基因?qū)⒊蔀檫z傳修飾或分子標記開發(fā)的重要目標，將有助于未來檳榔的高效育種工作。
正常（NS）與白化（AS）檳榔幼苗及葉片表型
葉片白化形成的可能途徑
相關(guān)研究成果分別以“Iron deficiency leads to chlorosis through impacting chlorophyll synthesis and nitrogen metabolism in Areca catechu L.”和“Comparative biochemical and transcriptome analysis provides insights into the regulatory mechanism of striped leaf albinism in arecanut （Areca catechu L.）”為題在中科院JCR二區(qū)的top期刊《Frontiers in Plant Science》（IF=5.7）和中科院JCR一區(qū)的top期刊《Industrial Crops and Products》（IF=5.6）上發(fā)表，中國熱科院椰子所李佳助理研究員為這兩篇文章的第一作者。該項工作得到了海南省重大科技計劃、中央級基本科研業(yè)務(wù)費等項目經(jīng)費的支持。
相關(guān)論文鏈接：https://doi.org/10.3389/fpls.2021.710093
https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2020.112734
日期：2021-08-11
檳榔是我國熱帶地區(qū)重要的經(jīng)濟作物之一。近年來，檳榔生理性黃化和幼苗條紋狀白化現(xiàn)象大面積發(fā)生，且逐年加重，導(dǎo)致檳榔長勢以及檳榔果產(chǎn)量和質(zhì)量遭受嚴重影響。當前，檳榔葉片生理性黃化與條紋狀白化的分子機制尚不清楚，相關(guān)防控技術(shù)手段尚未建立，嚴重制約了檳榔產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
中國熱科院椰子所檳榔研究中心通過前期大量研究發(fā)現(xiàn)，相對于氮、鉀、鎂、鋅、硼等營養(yǎng)元素，檳榔對鐵元素的響應(yīng)是最敏感。檳榔幼苗缺鐵處理20天后，葉片即會出現(xiàn)明顯的黃化癥狀。為闡明其調(diào)控機制，通過對檳榔生理生化、轉(zhuǎn)錄和代謝水平進行比較分析，發(fā)現(xiàn)缺鐵嚴重影響葉綠體的發(fā)育和氮素的同化，進而抑制葉綠素的合成，導(dǎo)致葉片黃化。檳榔響應(yīng)缺鐵的機制可能是通過合成并向根際分泌黃酮和酚酸等物質(zhì)，進而促進有利于鐵還原（或植物生長）的根際微生物的富集與生長。此外，鐵濃度過高亦會對檳榔產(chǎn)生毒害，POD相關(guān)基因的上調(diào)是抵抗高鐵毒害的一種防御機制。本研究結(jié)果為精準控制鐵濃度、改善檳榔生理性黃化提供了理論依據(jù)。
ID（缺鐵）、CK（正常鐵）和EI（高鐵）處理下檳榔葉綠體結(jié)構(gòu)
不同鐵水平處理下氮同化途徑基因的表達情況
同時，為闡明檳榔條紋狀白化癥狀的調(diào)控機制，研究團隊從生理生化和轉(zhuǎn)錄水平對正常和白化幼苗進行了比較分析。發(fā)現(xiàn)白化苗葉片葉綠體退化嚴重，導(dǎo)致葉綠素含量低，光合能力下降。白化葉片中與葉綠素、類胡蘿卜素和花青素等色素生物合成的基因顯著下調(diào)，但大多數(shù)參與葉綠體發(fā)育的基因確顯著上調(diào)。此外，與衰老相關(guān)的基因ABA2、NAC和WRKY在白化苗中顯著上調(diào)，這些基因的上調(diào)可能加速檳榔葉片的衰老，這表明檳榔葉片白化與其它植物具有不同的調(diào)控機制。本研究鑒定的與檳榔白化相關(guān)基因?qū)⒊蔀檫z傳修飾或分子標記開發(fā)的重要目標，將有助于未來檳榔的高效育種工作。
正常（NS）與白化（AS）檳榔幼苗及葉片表型
葉片白化形成的可能途徑
相關(guān)研究成果分別以“Iron deficiency leads to chlorosis through impacting chlorophyll synthesis and nitrogen metabolism in Areca catechu L.”和“Comparative biochemical and transcriptome analysis provides insights into the regulatory mechanism of striped leaf albinism in arecanut （Areca catechu L.）”為題在中科院JCR二區(qū)的top期刊《Frontiers in Plant Science》（IF=5.7）和中科院JCR一區(qū)的top期刊《Industrial Crops and Products》（IF=5.6）上發(fā)表，中國熱科院椰子所李佳助理研究員為這兩篇文章的第一作者。該項工作得到了海南省重大科技計劃、中央級基本科研業(yè)務(wù)費等項目經(jīng)費的支持。
相關(guān)論文鏈接：https://doi.org/10.3389/fpls.2021.710093
https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2020.112734
日期：2021-08-11
