紫花苜蓿海藻糖-6-磷酸合成酶基因家族全基因组鉴定及MsTPS16在耐盐碱胁迫中的功能解析

本研究针对盐碱胁迫严重制约紫花苜蓿(Medicago sativa L.)生长的问题，系统鉴定了38个海藻糖-6-磷酸合成酶(TPS)基因家族成员，通过转录组和qRT-PCR分析发现MsTPS16在盐碱胁迫下表达显著上调。研究人员利用异源表达和转基因技术证实，MsTPS16通过调控活性氧(ROS)清除和抗氧化通路关键酶基因表达增强耐盐碱性，为作物抗逆育种提供了新靶点。

　　

盐碱地治理的绿色希望：紫花苜蓿抗逆基因的破译之路

全球约9.54亿公顷土地面临盐碱化威胁，中国盐碱地面积达9913万公顷。随着气候变化与不合理耕作加剧，高pH值导致的离子毒害和氧化应激已成为制约作物生长的关键瓶颈。紫花苜蓿作为重要牧草，其耐盐碱机制研究对生态修复和农业发展具有重要意义。海藻糖作为植物抗逆的"保护盾"，其合成关键酶TPS的家族基因功能却尚未在紫花苜蓿中被系统解析。

中国国家自然科学基金资助的研究团队通过全基因组筛选，首次在紫花苜蓿中发现38个MsTPS基因，分为Class I（内含子较多）和Class II（含完整motif 8）两类。研究采用多组学联用策略：基于Heilongjiang省肇东品种的盐碱混合处理实验，结合启动子顺式元件分析、酵母异源表达系统、亚细胞定位及转基因毛根体系，揭示了MsTPS16通过胞质-液泡膜定位调控ROS代谢的核心作用。

关键研究发现

1. 基因家族特征：染色体定位显示MsTPS基因在chr1-4和chr8不均匀分布，片段复制是主要进化驱动力。启动子区富含激素响应元件如ABRE（脱落酸响应元件）和低温响应元件LTR。
2. 表达调控模式：9个MsTPS基因在盐碱胁迫下上调，其中MsTPS16表达量提升最显著（qRT-PCR验证）。
3. 功能验证：
   • 亚细胞定位：MsTPS16-GFP融合蛋白定位于细胞质、液泡膜和细胞膜三重位点
   • 酵母互补实验：表达MsTPS16的酵母在200 mM NaCl+12 mM Na₂CO₃处理下存活率提高40%
   • 转基因毛根：过表达株系中SOD（超氧化物歧化酶）和POD（过氧化物酶）活性增强，MDA（丙二醛）含量降低35%

结论与展望
该研究首次绘制了紫花苜蓿TPS基因家族的完整图谱，阐明MsTPS16通过"ROS清除-膜保护"双途径增强耐盐碱性的分子机制。相比已报道的AtTPS1（拟南芥）和OsTPS8（水稻），MsTPS16展现出独特的亚细胞定位模式，为设计多细胞器协同抗逆策略提供了新思路。研究成果发表于《Gene》，不仅为牧草抗逆育种提供候选基因，其建立的混合盐碱胁迫模拟体系（NaCl:Na₂SO₄:NaHCO₃:Na₂CO₃=1:9:9:1）更适用于中国东北盐碱土治理实践。未来研究可进一步探索MsTPS16与促生长激素的交叉调控网络，以及其在共生固氮过程中的潜在功能。