近日，Plant Biotechnology Journal線上發表了來自中國農業科學院作物科學研究所作物基因與分子設計中心徐兆師課題組題為“Soybean steroids improve crop abiotic stress tolerance and increase yield”的研究論文，該研究報道了大豆中的一個NF-Y-SQE子產品在調控大豆耐幹旱和鹽脅迫中的分子機制，對于培育抗逆大豆品種具有重要意義。
幹旱和鹽脅迫嚴重影響大豆的發育，導緻産量損失重大。由于抗逆性狀的複雜性以及産量影響因素的多樣性，緻使大豆性狀的改良面臨着巨大的挑戰。植物甾醇類化合物（被稱為甾類激素）在醫療領域發揮着重要作用，具有抗炎、抗氧化以及抗癌等功能，該類天然化合物普遍存在于高等植物中。然而，關于該類化合物在植物中的調控機制以及功能研究報道甚少。近年來研究發現植物核因子Y（NF-Y）轉錄因子在胚胎形成、光合作用、根的生長、開花時間調控、逆境脅迫響應等諸多方面起重要作用。然而，關于NF-Y、甾醇類化合物與植物抗逆性之間的關系目前尚不清楚。
研究人員在大豆幹旱RNA-seq資料中發現NF-Y家族轉錄因子基因在幹旱脅迫下的表達水準發生了顯著變化。其中，大豆NF-YC亞基家族成員GmNF-YC9在幹旱以及鹽脅迫處理下能夠同時被顯著誘導上調表達。研究人員利用農杆菌介導的遺傳轉化技術，将GmNF-YC9導入大豆中進行功能鑒定。結果顯示，在幹旱和鹽脅迫下，轉GmNF-YC9基因大豆在幼苗、開花以及成熟階段呈現出明顯的生長優勢以及對複雜環境的适應性。
進一步分析發現，在轉GmNF-YC9基因大豆植株中GmSQE1限速酶介導的大豆甾醇合成途徑被顯著富集，暗示大豆甾醇合成途徑在介導植物抗逆性過程中可能扮演着重要的角色。抗逆性分析發現，在幹旱和鹽脅迫下，轉GmSQE1基因大豆在幼苗、開花以及成熟階段同樣呈現出較強的抗逆性。此外，靶向代謝組分析顯示，在脅迫條件下，轉GmNF-YC9和GmSQE1基因大豆植株中大豆甾醇類化合物（包括大豆三萜類化合物）的含量顯著增加，特别是岩藻甾醇和大豆皂苷II。另外，研究人員發現，體外噴施該類化合物能夠顯著改善農作物大豆、小麥、谷子以及玉米的抗旱性。該結果進一步證明了大豆甾醇合成途徑與植物抗逆呈顯著的正相關性，為從基因調控到化學防控提高作物抗逆性和品質提供了新的研究政策。
中國農業科學院作物科學研究所徐兆師研究員和馬有志研究員為該論文的通訊作者，中國農業科學院作物科學研究所于太飛博士助理研究員、侯澤豪博士生、北京市農林科學院王海龍助理研究員、河北醫科大學常世陽副教授以及吉林省農業科學院宋新元研究員為本文的共同第一作者，此外，中國農業科學院作物科學研究所姜奇彥研究員和孫素麗副研究員也參與了該研究的部分工作。同時，感謝中國農業科學院作物科學研究所邱麗娟、孫石以及侯文勝研究員對該研究做出的指導及技術支援。該研究得到國家重點研發計劃項目（2022YFF1001600）、中國農業科學院科技創新工程、中國博士後科學基金（2022M720495）、國家自然科學基金（31900744和32372131）、海南省種業實驗室（B21HJ0215）、北京自然科學基金（6234044）、海南省重點研究開發計劃（ZDYF2022XDNY135）的資助。
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