近日，中国农业科学院北京畜牧兽医研究所饲草育种与栽培创新团队通过全基因组关联分析（GWAS）联合基因编辑技术，在紫花苜蓿中鉴定了CBF/DREB1家族转录因子MsCBF8，并揭示其直接调控MsGolS2，在不造成产量损失的前提下增强植株抗旱性的分子机制。相关研究成果发表于《植物生物技术杂志（Plant Biotechnology Journal）》。
在全球气候变暖背景下，干旱已成为制约农业生产最主要的非生物胁迫因子之一。紫花苜蓿是全球广泛种植的优质饲草作物，营养生长期对干旱胁迫十分敏感，水分亏缺会显著降低其干草产量和饲草品质，制约饲草产业可持续发展。因此，培育抗旱紫花苜蓿品种是产业发展的迫切需求。转基因和基因编辑等分子育种手段是实现该目标的重要手段，但紫花苜蓿为同源四倍体，遗传背景复杂，基因编辑操作难度大，极大限制了关键基因的功能解析与育种利用。
针对上述瓶颈，研究团队采用基于k-mer的GWAS分析，在紫花苜蓿中鉴定到CBF/DREB1家族同源基因MsCBF8。研究人员依托优化的CRISPR-Cas9系统，在四倍体复杂基因组背景下成功获得MsCBF8突变体，同时构建MsCBF8过表达株系。为了解析MsCBF8的功能，团队设置了三套独立实验体系（人工气候室自然干旱、河北廊坊普通温室近自然干旱及甘露醇模拟渗透胁迫）开展平行表型鉴定。结果系统证实，MsCBF8正调控紫花苜蓿抗旱性，且过表达不会抑制植株正常生长。团队进一步利用拟南芥突变体、野生型与纯合回补材料验证，再次证实MsCBF8的抗旱功能。
生理实验表明，MsCBF8可通过激活抗氧化防御系统、动态调节气孔运动、维持光合性能多重途径提升紫花苜蓿抗旱能力。分子机制研究证实，MsCBF8蛋白能够特异性直接结合MsGolS2启动子上的GCCGAC顺式元件，激活MsGolS2转录。利用病毒诱导基因沉默（VIGS）抑制MsGolS2表达后，紫花苜蓿抗旱能力下降、氧化损伤加剧，该实验首次证实MsGolS2在紫花苜蓿干旱应答过程中的核心作用。该项研究不仅深化了对紫花苜蓿干旱适应分子机制的认知，同时为高产节水抗旱紫花苜蓿新品种培养提供宝贵的基因资源与分子育种靶点。
中国农业科学院北京畜牧兽医研究所博士后张阳阳为本论文第一作者，康俊梅研究员为通讯作者。研究工作得到国家重点研发计划、中国农业科学院科技创新工程、国资计划的支持。
原文链接：http://doi.org/10.1111/pbi.70756
