南京农业大学研究生，南京农业大学研究生院
紫花苜蓿是最重要的多年生优质豆科牧草，被誉为“牧草之王”，越冬性强的低秋眠级品种在秋季产量低，而秋季产量高的高秋眠级品种越冬性差，春季倒春寒加剧病害发生。挖掘耐寒、抗病基因，提高紫花苜蓿耐寒、抗病性，对于紫花苜蓿生产非常重要。黄花苜蓿和蒺藜苜蓿的遗传背景与紫花苜蓿相近，黄花苜蓿耐寒性强于紫花苜蓿，蒺藜苜蓿是常用于基础研究的豆科模式植物。丙二烯氧化物环化酶（Allene oxide cyclase）是茉莉酸（JA）生物合成的关键酶，茉莉酸参与植物生长发育及对环境胁迫适应性的调控，然而目前尚未采用调控AOC基因表达提高植物耐寒和抗病性。
近日，南京农业大学草业学院郭振飞教授团队Plant Physiology在线发表了题为“Jasmonate biosynthesis enzyme allene oxide cyclase 2 mediates cold tolerance and pathogen resistance”的研究论文，揭示了MfAOC2通过JA信号途径介导蒺藜苜蓿耐寒性和抗病性的分子机制。
该研究团队发现低温和病原菌诱导黄花苜蓿和蒺藜苜蓿MfAOC2的表达，过表达MfAOC2的转基因蒺藜苜蓿提高耐寒性和抗病性。蒺藜苜蓿同源基因MtAOC2的Tnt1插入突变体mtaoc2降低了耐寒性和抗病性，表达MfAOC2能恢复mtaoc2的耐寒性和抗病性。进一步研究发现，这些遗传材料的表型与JA密切相关。低温下或接种病原菌后过表达MfAOC2的JA含量及JA信号通路下游基因表达水平提高，低温响应CBF途径基因表达水平、抗氧化酶活性和脯氨酸含量提高，而突变体JA含量及JA信号通路下游基因表达水平低于野生型，低温响应CBF途径基因表达水平、抗氧化酶活性和脯氨酸含量也低于野生型。外源MeJA处理能恢复mtaoc2突变体的耐寒性和抗病性，JA信号通路下游基因表达水平、低温响应CBF途径基因表达水平、抗氧化酶活性和脯氨酸含量都提高。
综上所述，该研究揭示了MfAOC2和MtAOC2表达调控JA生物合成及其信号转导途径，调节CBF途径、抗氧化防御系统和脯氨酸合成，进而提高苜蓿耐寒性和抗病性。AOC2基因同时调控耐寒和抗病性，值得进一步在苜蓿分子育种中应用。
图1 苜蓿AOC2基因调控耐寒和抗病性的模式图
南京农业大学草业学院博士研究生杨蕾和孙启国（现在江苏农林职业学院园艺学院）为共同第一作者，南京农业大学草业学院郭振飞教授和杨波副教授为论文共同通讯作者，副教授朱海凤和青年研究员耿博豪参与该研究。该研究获得国家自然科学基金重点项目的支持。
论文链接：
https://doi.org/10.1093/plphys/kiad362
南京农业大学研究生(南京农业大学研究生院)