河南农业大学资环学院研究团队 揭示烯醛还原酶提高玉米低氮耐受性

      近日，我院韩燕来教授团队在Plant, Cell & Environment（影响因子6.362）在线发表了题为Up?regulated 2?alkenal reductase expression improves low?nitrogen tolerance in maize by alleviating oxidative stress的研究论文，揭示了玉米烯醛还原酶基因通过缓解低氮胁迫导致的细胞氧化胁迫，并提高植株氮吸收能力和同化能力从而提高玉米氮利用效率。       氮同化需要消耗细胞中的还原力，当植物缺氮时，细胞中的还原力累积，活性氧含量增加，进而导致细胞脂质过氧化作用增强，造成细胞中脂源性活性羰基化合物（RCS）累积。脂源性RCS中富含亲电子基团，会与DNA、蛋白质等生物大分子中的亲核基团发生反应，并且通过米迦勒加成反应和席夫碱反应生成脂质过氧化终端产物（advanced lipoxidation end-products, ALEs），从而改变生物大分子的结构，进而破坏其分子功能，导致植物细胞代谢紊乱。植物在长期的进化中通过各种RCS清除酶降低RCS的细胞毒性。然而，这些酶在缓解养分胁迫下RCS累积与养分利用效率之间的关系研究甚少。本研究在玉米中过表达玉米内源NADPH依赖的烯醛还原酶（ZmAER）显著提高了转基因植物（OX-AER）对LN胁迫的耐受性。在LN条件下，OX-AER植物的生物量、氮积累量、氮利用效率和叶片光合作用均显著高于野生型（WT）植物。转基因植株叶片和根系的丙二醛和H₂O₂水平显著低于WT。低氮胁迫下转基因株系中抗氧化酶相关基因ZmCAT3、ZmPOD5和ZmPOD13的表达量显著高于WT。在LN胁迫下，与WT叶片相比，OX-AER叶片中的硝酸还原酶活性显着增加。此外，在LN胁迫下，与野生型相比，OX-AER植物中的ZmNRT1.1和ZmNRT2.5表达上调。总体而言，过量表达ZmAER可以通过减轻氧化胁迫增强玉米对LN胁迫的耐受性，并提高玉米氮利用效率。
      王?副教授为论文第一作者，我院韩燕来教授和中国农业大学刘芳副研究员为通讯作者。本研究获得了国家自然科学基金、河南省教育厅的资助。