中国热科院热带牧草团队在柱花草耐铝毒害机制方面取得重要进展

近日，中国热科院热带牧草团队在国际知名期刊Journal of Hazardous Materials（IF11.3）发表了题为“SgPAP27b, a purple acid phosphatase, confers aluminum tolerance in Stylosanthes guianensis through membrane lipid remodeling”的研究论文。该研究通过整合多组学分析技术（Iso-seq、RNA-seq、代谢组、脂质组），揭示了紫色酸性磷酸酶（PAP）在植物耐酸铝胁迫中的新功能。     

 酸性土壤约占我国陆域国土面积的32%，铝毒害是制约酸性土壤农业生产的主要因素。柱花草是酸性土壤上的先锋豆科牧草，对酸铝胁迫具有极强的耐受性。解析柱花草的耐酸铝机制，对培育适应酸性土壤的高产耐逆牧草新品种具有重要参考价值。     

该研究首先分析了铝胁迫对柱花草根系生长的影响，结果发现铝毒害抑制了柱花草根系生长，同时增加了根系酸性磷酸酶（APase）活性。脂质组学分析表明，铝毒害导致根系膜脂重编程，其特征是显著减少了磷脂含量，而增加了糖脂在根中的积累。 

转录组分析鉴定到许多铝诱导差异表达基因，且脂质代谢过程相关的基因显著富集，结合脂质组分变化，这些结果充分表明脂质代谢在柱花草响应铝毒害中起重要调节作用。

由于铝毒害诱导了根部APase活性，本研究进一步关注APase的编码基因PAP，结果发现铝毒害显著增加了6个PAP基因的表达量，其中SgPAP27b基因表达量最高。表明SgPAP27b可能参与了膜脂代谢对铝毒的响应。     

基因功能分析表明，SgPAP27b蛋白能够催化水解磷脂酰肌醇（PI），且超量表达SgPAP27b增强了转基因拟南芥对铝毒的耐受性。此外，在铝胁迫下，超量表达SgPAP27b降低了拟南芥中PI和甘油磷酸胆碱含量，但增加了肌醇和磷含量。综上所述，SgPAP27b能直接催化磷脂酰肌醇水解，促进肌醇积累，从而通过调控膜脂重塑增强柱花草的耐酸铝能力。 

 中国热科院热带牧草团队陈志坚研究员和刘攀道研究员为该论文的共同通讯作者，博士生张建禹和吕金慧为论文的共同第一作者。团队董荣书研究员、黄睿助理研究员以及研究生刘春、徐然然、刘雨对本研究提供了重要支持和帮助。该研究得到了国家自然科学基金专项项目、面上项目，中国热科院国家热带农业科学中心科技创新团队项目，以及国家牧草产业技术体系的资助。