华南农业大学卢少云/南京农业大学郭振飞团队揭示调控苜蓿耐寒性的一种新型LRR-RLK家族蛋白

该研究从蒺藜苜蓿中鉴定出一种新型富含亮氨酸重复类受体蛋白激酶CTLK，其通过调控CBF低温响应途径、抗氧化防御和脯氨酸积累来赋予苜蓿耐寒性。

富含亮氨酸重复类受体蛋白激酶（LRR-RLK）是类受体蛋白激酶（RLKs）家族中已知的最大亚家族。

LRR-RLKs作为膜蛋白包含一个胞外LRR结构域、一个跨膜结构域和一个胞内丝氨酸/苏氨酸（Ser/Thr）激酶结构域，参与植物生长发育及各种环境信号的感知和传递。

多项研究表明RLKs对耐干旱和耐盐性具有正向或负向调控作用，仅有少数LRR-RLKs被报道参与耐寒性调控。

苜蓿科植物（Medicago sativa subsp. sativa）是最重要的温带饲料豆科牧草，黄花苜蓿（Medicago sativa subsp. falcata, M. falcata）耐寒性较强，而蒺藜苜蓿（Medicago truncatula）是一种低耐寒性豆科模式植物。

可溶性糖积累、低温应答基因以及受MtMYB3/61调控的MtCBF4转录因子均已被证实参与耐寒性调控。

然而，目前尚不清楚LRR-RLK是否也参与调控苜蓿植物的耐寒性。

本研究通过对MtCTLK1过表达（MtCTLK1-OE）株系和带有Tnt1逆转录转座子插入的mtctlk1突变株系进行表型分析和检测发现，MtCTLK1-OE株系的耐寒性能较野生型WT明显增强，而mtctlk1突变体耐寒性降低（图1）。

MtCTLK1及其同源基因MfCTLK1对冷胁迫处理的响应有所不同，但均显示上调表达。

此外，两者过表达均能回补mtctlk1突变体表型。

图1. mtctlk1突变体和MtCTLK1过表达株系与野生型（WT）植株的耐寒性比较抗氧化防御系统中的抗氧化酶（SOD、CAT和APX）活性、脯氨酸积累以及低温应答相关基因的转录水平因响应低温而增加。

与WT相比，它们在MtCTLK1-OE中的水平较高，而在mtctlk1中的水平降低。

冷诱导基因C-重复基序结合因子（CBFs）和CBF依赖性冷应答基因同样响应低温诱导，它们在MtCTLK1-OE株系和mtctlk1突变体中的表达分别显示上调和下调。

以上研究为提高作物耐寒性的分子育种提供了有利候选基因。

该项研究得到了国家自然科学基金的资助。