重金属镉（Cd）污染对植物和土壤的胁迫严重威胁生态环境与人类健康。目前尚不清楚R2R3-MYB型花青素调控因子AN2是否参与植物对镉胁迫的耐受机制。研究发现，过表达黑果枸杞LrAN2基因（OE-LrAN2）显著增强了转基因幼苗对镉胁迫的耐受性，这种耐受性可能源于生物量的提升和氧化还原稳态的优化，其机制涉及花青素、抗坏血酸、类胡萝卜素等抗氧化物质的生物合成，以及过氧化氢酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶（POD）等抗氧化酶系统的协同调控。
中国科学院华南植物园科研人员通过对经0、25、50、100 μM CdCl2处理30天的OE-LrAN2幼苗进行转录组分析，利用加权基因共表达网络分析（WGCNA）构建了LrAN2介导的调控网络，预测了黑果枸杞耐镉胁迫的潜在关键基因。并通过染色质免疫沉淀测序分析表明，LrAN2的下游靶基因涉及花青素、甘氨酸甜菜碱和脯氨酸的生物合成，生长素、乙烯和细胞分裂素等植物激素信号通路，以及重金属阳离子转运ATP酶、MATE和ABC转运蛋白等溶质运输系统。双荧光素酶报告基因检测证实，LrAN2可激活类胡萝卜素合成基因（LrBCH）、MATE型花青素转运蛋白基因（LrTT12）和生长素响应蛋白家族基因（LrSAUR72）的表达。通过酵母体内功能验证，发现LrAN2的靶基因LrTT12（TT12Lru03G01504）能够将Cd隔离至液泡，从而实现Cd解毒。综上所述，LrAN2通过多维度调控策略增强黑果枸杞对镉胁迫的耐受性，为长期困扰的镉污染治理开辟新途径。本研究鉴定的LrAN2靶基因群为作物耐镉遗传改良提供了宝贵的基因资源。
相关研究成果以“Overexpression of anthocyanin activator LrAN2 improving black goji berry (Lycium ruthenicum) tolerant to cadmium stress” 为题近期发表在国际主流期刊Journal of Hazardous Materials（《《危险材料杂志》》）。中国科学院华南植物园艾培炎博士后为本文第一作者，曾少华研究员为通讯作者。该研究工作得到了中国科学院华南植物园王瑛研究员、新疆大学李岩教授、内蒙古林科院杨荣副研究员的大力支持。该工作得到了国家自然科学基金项目的资助。文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0304389425016024
图1. LrAN2增强黑果枸杞幼苗耐镉胁迫推测模式图