近日，西北農(nóng)林科技大學(xué)楊培志教授團隊在《Plant, Cell & Environment》期刊上發(fā)表題為“Mechanism of engineered rhizobia overexpressing cytokinin improve heat stress response in Alfalfa”的研究成果。已畢業(yè)碩士研究生祁翔宇、副教授申小霞老師、上海大學(xué)教授羅利老師為論文共同第一作者，楊培志教授為通訊作者。

該研究首先構(gòu)建了兩種工程根瘤菌菌株P(guān)lac-ipt（組成型啟動子）和PkatG-ipt（ROS響應(yīng)型啟動子），并以野生型根瘤菌Sm1021和空載體菌株pK19為對照，對紫花苜蓿（新疆大葉）進行接種處理并開展熱脅迫（38℃/35℃）試驗。表型分析發(fā)現(xiàn)，熱脅迫下接種工程根瘤菌的苜蓿植株倒伏、葉片脫水萎蔫和黃化現(xiàn)象顯著減輕，株高較對照分別提升12.3%和17.6%，鮮重、干重更是達到對照的4倍以上，生長優(yōu)勢顯著。工程根瘤菌接種能有效緩解熱脅迫對苜蓿光合系統(tǒng)的損傷，其葉片葉綠素含量、凈光合速率、氣孔導(dǎo)度等光合參數(shù)相較對照組顯著提升。同時，工程根瘤菌顯著增強了苜蓿的ROS清除能力，熱脅迫下其葉片H?O?和超氧陰離子（O??）積累量較對照分別降低50.7%和14.9%，有效減輕了氧化損傷。激素檢測發(fā)現(xiàn)，工程根瘤菌能持續(xù)向苜蓿葉片輸送反式玉米素（tZ），使其葉片tZ含量在熱脅迫全過程均顯著高于對照。

轉(zhuǎn)錄組分析發(fā)現(xiàn)，工程根瘤菌誘導(dǎo)苜蓿葉片中3420個基因出現(xiàn)差異表達，其中大量熱脅迫響應(yīng)基因、光合作用相關(guān)基因、ROS清除相關(guān)基因及類黃酮合成關(guān)鍵基因顯著上調(diào)。代謝組結(jié)果顯示，熱脅迫下接種工程根瘤菌的苜蓿葉片中沒食子酸、阿魏酸、芹菜素等黃酮類、酚酸類物質(zhì)顯著積累，這些物質(zhì)通過參與ROS清除過程增強耐熱性。