紫花苜蓿MsDAD1基因通过调控JA/ABA通路发挥热胁迫"衰老刹车"功能

本研究揭示了紫花苜蓿(Medicago sativa)防御凋亡基因1(MsDAD1)作为热诱导的"衰老刹车"新机制。该基因通过抑制脂氧合酶1(LOX1)和9-顺式环氧类胡萝卜素双加氧酶1(NCED1)表达，降低茉莉酸(JA)和脱落酸(ABA)积累，减轻活性氧(H2O2/O2-)损伤，延缓叶片衰老并调控开花时间，为培育耐热苜蓿品种提供新靶点。

　　

3.1 MsDAD1基因在紫花苜蓿中受热胁迫显著诱导

系统发育分析显示MsDAD1与蒺藜苜蓿MtDAD1同源性最高，其编码蛋白含有三个预测跨膜结构域(TM I/II/III)和保守的寡糖基转移酶(OST)亚基结构域。高温处理(40°C)下，该基因表达量在6-48小时内显著上调，与水稻、拟南芥等物种DAD1同源基因相比具有87-98%的序列相似性，表明该基因在植物中高度保守。

3.2 MsDAD1过表达增强紫花苜蓿耐热性

转基因株系(MsDAD1-OE)在35°C/40°C(昼夜)热胁迫下表现出显著优势：叶片萎黄脱落减少，相对含水量提高15-20%，电解质渗漏降低30%，叶绿素保留量增加25%。生理指标显示过表达株系活性氧(H₂O₂和O₂^-)积累减少40%，丙二醛(MDA)含量下降35%，表明其通过增强膜完整性和抗氧化能力缓解热损伤。

3.3 MsDAD1调控JA和ABA生物合成

RNA-seq分析发现1088个差异表达基因，其中JA合成关键基因LOX1和ABA限速酶NCED1在转基因株系中表达量显著降低。LC-MS检测证实热胁迫下野生型JA含量比转基因株高2.1倍，ABA含量高1.8倍。这种调控作用通过JA合成途径(α-亚麻酸→13-HPOT→JA)和ABA合成途径(β-胡萝卜素→黄质素→ABA)实现。

3.4 MsDAD1抑制JA/ABA诱导的叶片衰老

外源激素处理实验显示，50μM JA或ABA均加速叶片衰老，但转基因株系表现出更强的抗性：叶绿素降解减少25%，电解质渗漏降低20%，MDA积累量下降15%。这表明MsDAD1通过限制JA和ABA过度积累来延缓热胁迫诱导的衰老进程。

3.5 MsDAD1参与热介导的开花调控

在30°C/35°C热胁迫下，转基因株系开花时间延迟5-7天，开花时节间数增加3-4个，株高提高15cm。分子机制分析显示开花促进基因FT和ELF4在转基因株系中表达量降低40-50%，暗示MsDAD1可能通过EC-PIF4-FT信号模块调控温度依赖性开花。

4 讨论

研究首次阐明DAD1家族基因在热胁迫中的双重功能：既作为"衰老刹车"通过JA/ABA通路维持细胞稳态，又作为开花调控因子影响生殖发育。特别值得注意的是，尽管MsDAD1与盐胁迫响应基因MsDAD2有95%相似性，但表现出截然不同的温度响应特性。该发现为理解植物温度感知提供了新视角，并为应对气候变化下的牧草育种提供了重要靶标基因。