近日，中國熱科院椰子所檳榔研究中心在檳榔葉片生理性黃化等研究方面取得重要進展，首次從分子水平揭示了檳榔葉片生理性黃化與條紋狀白化的分子調控機制，為檳榔生理性黃化防治以及高效育種方面提供了理論支撐。
檳榔是我國熱帶地區重要的經濟作物之一。近年來，檳榔生理性黃化和幼苗條紋狀白化現象大面積發生，且逐年加重，導致檳榔長勢以及檳榔果產量和質量遭受嚴重影響。當前，檳榔葉片生理性黃化與條紋狀白化的分子機制尚不清楚，相關防控技術手段尚未建立，嚴重制約了檳榔產業的發展。
中國熱科院椰子所檳榔研究中心通過前期大量研究發現，相對于氮、鉀、鎂、鋅、硼等營養元素，檳榔對鐵元素的響應是最敏感。檳榔幼苗缺鐵處理20天后，葉片即會出現明顯的黃化癥狀。為闡明其調控機制，通過對檳榔生理生化、轉錄和代謝水平進行比較分析，發現缺鐵嚴重影響葉綠體的發育和氮素的同化，進而抑制葉綠素的合成，導致葉片黃化。檳榔響應缺鐵的機制可能是通過合成并向根際分泌黃酮和酚酸等物質，進而促進有利于鐵還原（或植物生長）的根際微生物的富集與生長。此外，鐵濃度過高亦會對檳榔產生毒害，POD相關基因的上調是抵抗高鐵毒害的一種防御機制。本研究結果為精準控制鐵濃度、改善檳榔生理性黃化提供了理論依據。
ID（缺鐵）、CK（正常鐵）和EI（高鐵）處理下檳榔葉綠體結構
不同鐵水平處理下氮同化途徑基因的表達情況
同時，為闡明檳榔條紋狀白化癥狀的調控機制，研究團隊從生理生化和轉錄水平對正常和白化幼苗進行了比較分析。發現白化苗葉片葉綠體退化嚴重，導致葉綠素含量低，光合能力下降。白化葉片中與葉綠素、類胡蘿卜素和花青素等色素生物合成的基因顯著下調，但大多數參與葉綠體發育的基因確顯著上調。此外，與衰老相關的基因ABA2、NAC和WRKY在白化苗中顯著上調，這些基因的上調可能加速檳榔葉片的衰老，這表明檳榔葉片白化與其它植物具有不同的調控機制。本研究鑒定的與檳榔白化相關基因將成為遺傳修飾或分子標記開發的重要目標，將有助于未來檳榔的高效育種工作。
正常（NS）與白化（AS）檳榔幼苗及葉片表型
葉片白化形成的可能途徑
相關研究成果分別以“Iron deficiency leads to chlorosis through impacting chlorophyll synthesis and nitrogen metabolism in Areca catechu L.”和“Comparative biochemical and transcriptome analysis provides insights into the regulatory mechanism of striped leaf albinism in arecanut （Areca catechu L.）”為題在中科院JCR二區的top期刊《Frontiers in Plant Science》（IF=5.7）和中科院JCR一區的top期刊《Industrial Crops and Products》（IF=5.6）上發表，中國熱科院椰子所李佳助理研究員為這兩篇文章的第一作者。該項工作得到了海南省重大科技計劃、中央級基本科研業務費等項目經費的支持。
相關論文鏈接：https://doi.org/10.3389/fpls.2021.710093
https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2020.112734
日期：2021-08-11
檳榔是我國熱帶地區重要的經濟作物之一。近年來，檳榔生理性黃化和幼苗條紋狀白化現象大面積發生，且逐年加重，導致檳榔長勢以及檳榔果產量和質量遭受嚴重影響。當前，檳榔葉片生理性黃化與條紋狀白化的分子機制尚不清楚，相關防控技術手段尚未建立，嚴重制約了檳榔產業的發展。
中國熱科院椰子所檳榔研究中心通過前期大量研究發現，相對于氮、鉀、鎂、鋅、硼等營養元素，檳榔對鐵元素的響應是最敏感。檳榔幼苗缺鐵處理20天后，葉片即會出現明顯的黃化癥狀。為闡明其調控機制，通過對檳榔生理生化、轉錄和代謝水平進行比較分析，發現缺鐵嚴重影響葉綠體的發育和氮素的同化，進而抑制葉綠素的合成，導致葉片黃化。檳榔響應缺鐵的機制可能是通過合成并向根際分泌黃酮和酚酸等物質，進而促進有利于鐵還原（或植物生長）的根際微生物的富集與生長。此外，鐵濃度過高亦會對檳榔產生毒害，POD相關基因的上調是抵抗高鐵毒害的一種防御機制。本研究結果為精準控制鐵濃度、改善檳榔生理性黃化提供了理論依據。
ID（缺鐵）、CK（正常鐵）和EI（高鐵）處理下檳榔葉綠體結構
不同鐵水平處理下氮同化途徑基因的表達情況
同時，為闡明檳榔條紋狀白化癥狀的調控機制，研究團隊從生理生化和轉錄水平對正常和白化幼苗進行了比較分析。發現白化苗葉片葉綠體退化嚴重，導致葉綠素含量低，光合能力下降。白化葉片中與葉綠素、類胡蘿卜素和花青素等色素生物合成的基因顯著下調，但大多數參與葉綠體發育的基因確顯著上調。此外，與衰老相關的基因ABA2、NAC和WRKY在白化苗中顯著上調，這些基因的上調可能加速檳榔葉片的衰老，這表明檳榔葉片白化與其它植物具有不同的調控機制。本研究鑒定的與檳榔白化相關基因將成為遺傳修飾或分子標記開發的重要目標，將有助于未來檳榔的高效育種工作。
正常（NS）與白化（AS）檳榔幼苗及葉片表型
葉片白化形成的可能途徑
相關研究成果分別以“Iron deficiency leads to chlorosis through impacting chlorophyll synthesis and nitrogen metabolism in Areca catechu L.”和“Comparative biochemical and transcriptome analysis provides insights into the regulatory mechanism of striped leaf albinism in arecanut （Areca catechu L.）”為題在中科院JCR二區的top期刊《Frontiers in Plant Science》（IF=5.7）和中科院JCR一區的top期刊《Industrial Crops and Products》（IF=5.6）上發表，中國熱科院椰子所李佳助理研究員為這兩篇文章的第一作者。該項工作得到了海南省重大科技計劃、中央級基本科研業務費等項目經費的支持。
相關論文鏈接：https://doi.org/10.3389/fpls.2021.710093
https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2020.112734
日期：2021-08-11
