河北农业大学青年教师第一作者在植物学一区Top期刊发表研究论文,揭示小麦钾素利用效率的调控机制

近日，河北农业大学农学院赵勇教授课题组在New Phytologist（中国科学院一区Top，IF=8.7）发表了题为“lncRNA62732 acts as an eTM of miR9778 to regulateTaHAK18-5Band mediate the potassium deficiency response in wheat”的研究论文。该研究系统解析了lncRNA62732-miR9778-TaHAK18-5B基因模块调控小麦钾素营养的分子机制，为小麦钾高效分子育种提供了新的基因资源。

钾（K+）是植物生长发育所必需的矿质元素，在植物细胞生命活动及抗逆过程中发挥至关重要的作用。为应对不同的供钾环境，植物演化出了复杂的分子调控网络。其中，HAK/KUP/KT家族是植物中最大的钾转运蛋白基因家族，广泛参与植物K+吸收与转运，但该家族在小麦中仅有少数成员被鉴定，其上游调控网络，特别是非编码RNA（lncRNA/miRNA）如何作为关键调控因子参与低钾胁迫响应仍不清楚。

研究团队前期鉴定到一个小麦族特异性miRNAmiR9778，其在低钾胁迫下显著下调。通过CRISPR/Cas9技术敲除miR9778后，突变体在低钾条件下的地上部长度及根长、生物量及K+含量均显著高于野生型，证实miR9778是小麦耐低钾性的负调控因子。生信预测、降解组测序、5’RACE和双荧光素酶报告实验证实miR9778直接靶向并切割钾转运蛋白基因TaHAK18-5B的转录本。过表达TaHAK18-5B可显著提高小麦苗期低钾耐受性。相反，沉默TaHAK18-5B显著降低小麦的低钾耐受性。

为解析其上游调控机制，团队通过lncRNA测序及靶标模拟物（eTM）预测，鉴定到一个受低钾诱导的长链非编码RNAlncRNA62732。该lncRNA含有与miR9778互补的结合位点，可作为eTM竞争性结合miR9778，保护TaHAK18-5B转录本免于被miR9778切割降解。烟草瞬时表达和双荧光素酶报告实验证实了上述调控关系。此外，在低钾胁迫下，过表达lncRNA62732的植株生长显著优于野生型，植株K+含量也明显增加。生理功能分析表明，TaHAK18-5B具有典型的高亲和力K+转运蛋白活性，该模块参与植株根系K+吸收及K+由根部向地上部的转运。田间试验结果显示，敲除miR9778、过表达lncRNA62732或TaHAK18-5B，在正常和低钾条件下均能显著增加单株穗数、产量和钾素利用效率，且在低钾条件下增幅更为显著。

综上，本研究提出了低钾应答的关键模块lncRNA62732-miR9778-TaHAK18-5B，系统阐明了该模块在小麦响应低钾胁迫及提高钾素利用效率中的新机制（图1）。这一发现拓展了对植物非编码RNA在钾素营养中的理解，为小麦钾高效分子育种提供了新的基因资源。

图1lncRNA62732-miR9778-TaHAK18-5B模块调控小麦钾缺乏响应的模型

河北农业大学农学院赵勇教授、生命科学学院杨学举教授及周春江教授为该论文的共同通讯作者，青年教师徐渴、赵思航博士为论文共同第一作者。