硒是动物和人类必需的微量元素。虽然植物不需要硒,但补充低剂量硒可以进一步提高作物的产量、品质和抗逆性。并且动物和人类需要通过植物获取硒。当硒缺乏时,会引起克山病、心血管疾病等疾病,损害人体健康。目前,中国近一半的耕地缺硒,大多数居民,特别是以素食为主的人群,每日硒摄入量不足。然而,硒介导植物生长的分子基础仍不清楚,这阻碍了硒在农业中的应用。
近日,山西农业大学园艺学院徐进教授团队在Plant Physiology and Biochemistry发表了题为“Selenite improves growth by modulating phytohormone pathways and reprogramming primary and secondary metabolism in tomato plants”的研究论文。该论文采用生理学和转录组学等方法,初步阐明了低剂量硒对番茄幼苗的生理与分子机制。研究人员首先分析了低剂量硒对番茄幼苗生长的生理学影响。低剂量硒增加了植株高度、干重、叶绿素含量、光合效率和叶片可溶性糖含量,从而促进了番茄幼苗的生长。
随后研究人员通过趋势分析,初步解析低剂量硒对番茄幼苗进行GO富集分析(Fig. 2),根据这些趋势确定差异基因的功能和特征,并进一步分析。
本论文研究结果表明:(1)硒提高了光合效率,影响初级和次级代谢途径相关基因的表达,增加番茄植株中干物质和有机物质的积累,从而促进植物生长;(2)硒增加了叶片中IAA、SA和JA的浓度以及根中细胞分裂素的浓度,从而影响植物激素信号通路相关基因的表达,并调节植物生长;(3)硒降低了叶片中的类黄酮含量,但增加了根部中的类黄酮含量,从而调节了番茄植株的根系生长。这些结果进一步阐明了硒介导的番茄植株生长发育的分子调控机制,并为通过遗传改良培育有效利用硒的番茄品种提供了见解。