濕地植物綠狐尾藻耐高銨的分子生理機制研究獲進展

　　養殖廢水中高濃度銨的去除是治理農業面源污染的熱點和難點。利用綠狐尾藻構建的人工濕地，在控制農業面源污染特別是高銨污染廢水具有顯著效果。然而，綠狐尾藻耐高銨的分子生理機制尚不清楚。

　　中國科學院亞熱帶農業生態研究所研究員吳金水團隊以耐高銨的濕地植物綠狐尾藻為研究對象，借助二代轉錄組和三代轉錄組測序技術，比較研究了綠狐尾藻在不同銨濃度處理下相應基因的表達差異及其生理響應。研究表明，在高銨條件下，綠狐尾藻下調了根系中銨轉運蛋白（AMTs）基因的表達，避免了過多銨的吸收；通過增加銨同化基因的表達，如谷氨酰胺合成酶（GS）、谷氨酸合成酶（GOGAT）、谷氨酸脫氫酶（GDH）和天冬酰胺合成酶（AS）基因，增強了銨在體內的同化，及時將銨轉化成氨基酸，降低了過多的銨對細胞造成的毒害（圖1）；上調表達的過氧化氫酶（CAT）基因有助于清除體內由于過量銨誘導產生的活性氧，葉綠素a/b結合蛋白（LHC）基因的上調表達提高了綠狐尾藻葉片捕獲光，并將光能轉化為化學能的能力，為銨同化提供了充足的碳源（圖2）。該研究提供了綠狐尾藻高效治理高銨養殖廢水的理論依據，并對高氮背景下提高作物氮素利用率具有重要的指導價值。

　　在研究員吳金水、副研究員李寶珍的指導下，相關研究結果以Transcriptomic and physiological analysis revealed the ammonium tolerance mechanisms of Myriophyllum aquaticum為題，發表在Environmental and Experimental Botany上。研究工作得到國家自然科學基金面上項目、中科院戰略性先導科技專項、中科院前沿科學重點研究計劃和湖南省水利科技攻關項目的資助。

圖1.不同銨條件下（N1:0.2 mM； N2:10 mM； N3:70 mM）氮代謝路徑中差異表達基因熱圖和關鍵同化產物含量

圖2.綠狐尾藻耐高銨機制模式圖