本期作者：Meng Wang

2018.1.16

“我要上PC”—小麦领域Plant Cell上论文合辑（七）

编者按：尽管近两年的IF不是很理想，Plant Cell（下简称PC）无疑仍是也将会继续是植物学研究的殿堂级期刊。从11月28日小编推送PC上小麦种子萌发/休眠的QTL文章开始，接下来每周周二，我们会将2005年以后在PC上发表的小麦领域研究论文进行逐一梳理和推送，以飨读者。需要特别指出的是，本合辑题为“我要上PC”，是比照“我要上春晚”而诙谐命名；由于对研究内容要求较系统、文章发表要求较高和审稿机制较严格，PC上面的文章确实值得深入学习；但我们公众号倡导大家把更多的目光放在学习这些文章的思路、内容和意义上，而不是只看重和崇拜高影响因子^_^。

最近我们公众号的教师交流群新加入了几位原来做拟南芥研究的老师，聊起来深感“一入小麦深似海”--小麦功能基因研究具有复杂性和特殊性。但不管怎样，这些老师也都凭借其扎实的基本功和缜密的基础研究思维，做出来了很漂亮的小麦功能基因研究工作。所以，大家还是要把思路放宽，努力多从其他作物的研究中获得灵感，不要只把眼光和文献阅读局限在小麦这一亩三分地上。其实呢，很多时候做研究做到一定程度，你的研究领域不再是以物种划分，而是以研究方向（例如抗盐、抗病、多倍体化等）来划分。

今天给大家讲解的是2009年在PC上发表的题为“Orthologs of the Class A4 Heat Shock Transcription Factor HsfA4a Confer Cadmium Tolerance in Wheat and Rice”的文章。文章主要在韩国浦项科技大学（Pohang University of Science and Technology）完成，通讯作者为Youngsook Lee。通过文献检索，Lee教授主要从事植物的铝毒、镉毒等方向的研究，研究对象包括水稻、拟南芥、小麦等各个物种。

从微生物到植物，再到动物，生物应对镉等重金属的毒害有几条通用的途径。一条是利用镉的转运蛋白（主要是ABC transporter，也是Lee教授课题组研究的关注点），将有毒的镉转运到体外；另一条是借助重金属螯合蛋白（metallothionein，文中简称为MT）来螯合镉离子。

为了筛选小麦中的镉毒抗性基因，该研究并没有通过小麦品种比较、然后通过组学或图位克隆鉴定基因的传统思路，而是另辟蹊径。首先该课题组构建了小麦高丰度的cDNA文库，然后将该文库转化到酵母突变菌株DTY167 (△ycf1)中，进行候选基因的筛选。△ycf1中，酵母的镉转运蛋白基因YCF1 (yeast Cd factor 1，也是一个ABC transporter)被突变掉，所以在培养基中添加镉，该菌株无法正常生长。利用这套体系，作者筛选到三个可以正常生长的菌斑，测序后发现，一个是螯合肽合成基因Phytochelatin syntase 1 (PCS1)，已经被报道过参与镉胁迫；另一个是跨膜蛋白Transmembrane 20 (TM20)，也在2008年被Lee课题组报道了；最后一个是热激转录因子TaHsfA4a，之前未被报道过参与植物镉胁迫，所以成为这篇文章的研究对象。

接下来是该基因的具体功能研究和机制研究，作者借助点突变实验、水稻OsHsfA4a突变体和TaHsfA4a在水稻中异源表达等实验，发现TaHsfA4a是一个镉毒抗性基因，其抗镉的功能与其调控螯合蛋白基因MT的表达有关，且TaHsfA4a蛋白DNA结合域区的Ala-31和Leu-42对这种调控至关重要。具体细节我就不展开讲了，可以阅读原文。

Take-home message：这篇文章尽管时间比较久了，而且基因功能也没有在小麦中进行验证，但是其筛选方法在当时来说还是很有意思的，而且耗时也短；整个研究的思路也很清晰。酵母是一个很好的研究体系，不仅可以做单杂、双杂、三杂，也可以用来进行基因筛选和功能验证。读者还读到哪些小麦重要功能基因的研究用到酵母研究体系？不妨基于此文大家拓展一下，欢迎在留言区留言。

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