2017年11月1日，《Journal of Experimental Botany》在线发表了西南大学三峡库区生态环境教育部重点实验室罗克明研究组的题为“Genome-wide analysis of MATE transporters and molecular characterization of aluminum resistance in Populus”的研究论文。该研究分析了毛果杨基因组中的MATE转运蛋白以及杨树铝耐受性的分子机制。

铝（Al）毒害是酸性土壤（pH <5.5）中植物生长的主要限制因素之一，其中硅酸铝粘土中的Al复合物溶解为最具毒性的三价阳离子Al3+（Kochian等，2004）。Al3+主要毒害植物根尖，从而抑制根的生长（Liu等，2009）。在大多数植物中，已报道两种主要的Al抗性机制：一种为阻止Al进入根尖的Al排除机制；另一种为螯合Al的耐受机制（Kochian等，2015）。迄今为止，最为熟知的Al排除机制包括Al诱导有机酸（OA）渗出，苹果酸盐、柠檬酸盐以及草酸盐从根部流出（Delhaize和Craig，1993；Delhaize和Ryan，1995；Kinraide等，2005；Delhaize等，2007）。这些OA阴离子从根细胞转运至根际，其中Al3+被有效螯合成无毒复合物（Kinraide等，2005）。然而，Al诱导草酸盐分泌的调节机制仍在很大程度上是未知的（Feng等，1998），另外，草酸合成途径相关功能基因的研究并没有揭示植物中Al诱导草酸盐外排的调节机制（Franceschi和Nakata，2005；Xu和Peng，2006）。

酸性土壤中的铝离子对大多数植物具有高度毒害作用。杨树可在酸性土壤中自然生长，并能耐受高浓度的Al。植物MATE（multidrug and toxic compound extrusion）家族基因参与Al胁迫响应。然而，迄今为止，杨树中MATE基因的功能尚不清楚。本研究预测了毛果杨基因组中71种可能的MATE转运蛋白。染色体分布、系统发育关系及表达水平分析揭示了IIIc亚组的4个候选MATE基因可能与杨树Al高耐受性有关。此外，Al胁迫可诱导IIIc亚组成员-PtrMATE1和PtrMATE2的表达。洋葱表皮细胞瞬时表达实验结果显示PtrMATE1定位于质膜。过表达PtrMATE1增加了转基因植物根尖Al诱导的柠檬酸盐的分泌。与野生型相比，在杨树和拟南芥中过表达PtrMATE1，Al诱导的根生长抑制均得到减轻。此外，PtrMATE1的诱导表达发生在Al胁迫12小时后，而PtrMATE2的表达则发生在24小时后，表明PtrMATE1/2协调响应杨树的Al胁迫。总结而言，以上结果为杨树Al耐受性的分子机制提供了重要观点。

Figure 1. Hypothetical model for Al-induced citrate secretion from roots of Populus.