水稻耐盐分子机制研究进展

水稻是世界上重要的粮食作物之一，对盐胁迫比较敏感，土壤盐碱化对水稻的安全生产造成潜在风险。盐胁迫会引起水稻的渗透胁迫和离子毒害，还会在植株中引起氧化胁迫，导致水稻品质和产量下降。由于水稻根系能吸收盐分分泌有机酸，同时具有田间持水和排水晒田的生长特性，因此水稻也是一种改良盐渍土的优良作物。因此培育耐盐水稻新品种，提高水稻耐盐性，可有效提高盐渍化耕地的生产潜力，对保障我国乃至全球粮食安全具有重要意义。近年来，数量遗传学和分子标记技术不断发展，通过遗传、生化及分子生物学等手段，挖掘出大量耐盐相关 QTL 和基因，对于解析水稻耐盐分子机制，利用分子标记辅助选择、基因编辑等提高耐盐水稻育种效率，均具有非常重要的意义。但目前克隆的耐盐相关基因大多采用反向遗传学方法获得，且大多是在过表达条件下表现出耐盐性，或者耐盐基因为隐性，难以在耐盐水稻育种中应用。总结近年来水稻耐盐相关基因的鉴定和挖掘研究中所取得的进展，从有机物渗透调节、离子吸收转运调节、抗氧化系统清除活性氧调节、激素调节 4 个方面综述水稻耐盐分子机制的研究进展，并探讨未来水稻耐盐性研究面临的挑战，为开展水稻耐盐分子育种提供建议。     

大豆耐盐基因的PCR标记

 以大豆耐盐品种和盐敏感品种及“耐盐品种×盐敏感品种”组合的F2群体为试验材料,筛选和鉴定与大豆耐盐性基因紧密连锁的PCR标记,旨在建立快速准确的大豆耐盐性鉴定方法。利用BSA法,对耐(敏)盐品种池和一个组合F2的耐(敏)盐池进行了鉴定,获得一个共显性标记。经F2分析,在盐敏感个体中仅扩增出约600bp的特异片段;在耐盐性个体中扩增出约700bp的特异片段或2个特异片段(700bp/600bp),经过连锁值测定,表明该标记与大豆耐盐基因位点紧密连锁。此外,该标记在其它2个组合F2群体及12个耐盐品种和13个盐敏感品种中得到验证,表明此标记可用于大豆耐盐种质鉴定及大豆耐盐遗传育种的分子标记辅助选择,使大豆耐盐性室内鉴定成为可能。为此,大豆耐盐性基因的分子标记及其获得方法和应用已申请了中华人民共和国发明专利。     

Na~+/H~+逆向转运蛋白基因PsnhaA的克隆及在大豆中的功能验证

高盐对作物造成渗透胁迫和离子毒害,Na+/H+逆向转运蛋白是生物耐盐的关键因子,能够维持高盐胁迫下生物体的正常生长代谢。为促进作物的遗传转化,选育耐盐作物品种,从施氏假单胞菌(Pseudomonas stutzeri)中克隆质膜Na+/H+逆向转运蛋白基因PsnhaA,并构建到植物表达载体pBI121上,通过发根农杆菌介导的整株生长点注射法转化大豆。结果表明:PsnhaA基因已整合到转化大豆基因组中,并在转录水平获得表达。耐盐相关生理指标检测结果显示,盐胁迫后转基因植株的质膜相对电导率显著低于对照植株,叶绿素含量和脯氨酸含量显著高于对照植株。PsnhaA基因显著提高了大豆的耐盐水平,为农作物的耐盐性改良提供了优良的候选基因。     

作物耐盐性状研究进展

阐述了作物耐盐性含义、耐盐种类、耐盐机理、耐盐性的鉴定技术和指标,并浅析了提高耐盐性的栽培措施。重点综述了耐盐品种的选育,包括分子标记辅助选择聚合育种(水稻、小麦、大豆)、转基因育种(棉花、大麦)、分子设计育种等。最后对作物耐盐性状研究进行了展望。     

几种作物耐盐性基因的分子标记

随着全球性人口的增长和可耕地面积的急剧减少,开发利用盐碱地已成为当务之急,培育耐盐作物品种是利用盐碱地的一条经济而有效的途径.然而,由于植物耐盐性的表现差异很大,耐盐机制又各有不同,因此,利用传统方法尚未培育出真正的耐盐作物品种.时至今日,植物耐盐分子机制的研究成果和生物技术的日臻完善,为培育高效耐盐植物提供了良好的契机.但因为起步较晚并且不易深入,故目前关于植物耐盐性基因分子标记方面的研究报道较少,涉及的植物种类也不多,归纳起来主要有以下几种作物.     

盐角草PsaH基因的克隆及生物信息学分析

【目的】从盐生植物盐角草(Salicornia europaea)中克隆得到一个参与光合反应光系统I(PSI)复合蛋白H亚基的Psa H基因,分析该基因进行生物信息学,为研究该基因的作用奠定基础并为改良作物耐盐性分子育种提供候选基因。【方法】以盐生植物盐角草为实验材料,采用RT-PCR方法克隆Psa H基因,利用NCBI、MEGA、Expasy等生物信息学工具对其核酸序列、编码的氨基酸序列及蛋白质的结构和功能进行分析。【结果】克隆得到一个与耐盐有关的基因,命名为Se Psa H,属于光系统I(PSI)家族H亚基成员,其开放阅读框(ORF)为438 bp,基因编码145个氨基酸,预测蛋白分子量为15.3 k D,等电点9.84,是亲水性蛋白;系统进化树分析表明其与菠菜亲缘关系较近,通过对该蛋白保守性分析发现其含有4个保守性结构域。【结论】获得盐角草Se Psa H基因,为进一步研究该基因耐盐功能及其在盐生植物耐盐机制中的作用提供了基础。     

科学家揭示盐胁迫抑制水稻生长重要机制

正最近,中国农科院生物技术研究所作物耐逆性调控与改良团队在水稻耐盐性调控机理研究中取得重大突破,首次揭示了泛素受体蛋白通过调节赤霉素代谢平衡植物生长和盐胁迫应答的分子机制。该研究为作物耐盐性育种提供新思路,具有重要的指导意     

盐地碱蓬PsaH基因的克隆及生物信息学分析

【目的】PsaH基因是编码光合反应光系统I(PSI)复合蛋白H亚基的基因。为深入开展该基因的耐盐功能研究及其在盐生植物耐盐机制中的作用提供了基础,并为改良作物耐盐性分子育种提供候选基因。【方法】研究从盐地碱蓬(Suaeda salsa)盐胁迫文库中筛选出一个与耐盐相关的PsaH基因,经测序获得全长cDNA序列,命名为SsPsaH(GeneBank Accession Number:KC4048847),对该基因进行生物信息学分析进行结构功能预测。【结果】该基因全长770 bp,开放阅读框(ORF)为438 bp,编码145个氨基酸;该基因所编码的蛋白定位于叶绿体膜系统,无信号肽,含有一个跨膜结构的亲水性不稳定蛋白,二级结构多为无规则卷曲。同时,该基因在不同物种间具有较强的保守性,含有4个高度保守的结构域,系统进化树分析表明,其与菠菜亲缘关系最近。RT-PCR分析表明,SsPsaH基因在根、茎、叶中均有表达,但在茎和叶中表达量高于根。【结论】SsPsaH基因是编码光合反应光系统I(PSI)复合蛋白H亚基的基因。本研究为以后深入开展该基因的耐盐功能研究及其在盐生植物耐盐机制中的作用提供了理论基础。     

水稻耐盐性的遗传机理及遗传效应分析

盐胁迫是造成水稻减产的重要环境因素之一。该文介绍了水稻耐盐性的遗传机理,并对近年来对水稻耐盐遗传机制、耐盐性QTL鉴定、基因的克隆以及耐盐水稻选育所取得的进展进行了总结和分析,然后进一步讨论了水稻耐盐性机制的研究以及在生产实践中应用的前景,以期为深入开展水稻耐盐性研究提供参考。     

大豆株系的耐盐性研究进展

本文系统的从盐胁迫与干旱胁迫对大豆的毒害现象着手,从分子生物学的基础上研究大豆耐盐机制、大豆耐逆相关功能基因。将植物组织对逆境伤害的拮抗机理和功能基因对抗逆境胁迫的遗传学原理进行深入阐述,为今后更多地将转基因大豆品种的创新开发和最终投入到生产实践提供理论依据。     

WRKY转录因子在植物耐盐基因工程中的应用进展

土壤盐渍化是抑制植物生长发育、降低作物产量的主要环境胁迫之一。利用基因工程技术培育耐盐植物以提高植物耐盐性是促进植物生长、提高作物产量的有效途径。植物特异转录因子WRKY可以调控植物生长发育、响应多种胁迫(如盐、干旱、病原菌等),在抵御盐胁迫过程中具有重要作用。本文阐述了WRKY转录因子的基本结构,综述了来自各种植物(粮食、经济、园艺作物及其他植物)的WRKY转录因子在模式植物(拟南芥、烟草)、粮食作物(水稻、玉米)、经济作物(大豆、棉花)、园艺作物(番茄、茄子、菊花、苹果)及其他植物(柳树、杨树)耐盐基因工程中的应用进展,分析了该领域目前存在的问题(转单个WRKY基因对植物耐盐性的提高程度有限,大部分转WRKY基因植株仅仅提高了营养生长期耐盐性鉴定,组成型超表达WRKY基因会引起转基因植株生长缓慢、花期推迟甚至产量降低等不良后果等),并提出建议,以期为WRKY转录因子在植物耐盐遗传改良及育种中的应用提供参考依据。     

大豆GmVIT1克隆及耐盐功能分析

植物液泡铁离子转运蛋白可维持细胞内铁离子含量,保证细胞正常生长,在植株抵抗盐碱环境过程中发挥重要作用。在大豆中克隆得到液泡铁离子转运蛋白同源基因GmVIT1,蛋白结构域分析结果表明,GmVIT1属于CCC1蛋白超家族,具有高度保守的结构域。研究发现GmVIT1具有跨膜结构,并利用YFP荧光蛋白确定GmVIT1蛋白定位在液泡膜上;实时荧光定量PCR(qRT-PCR)显示,GmVIT1在大豆根、茎、叶、花、荚和种子中均表达,花中mRNA丰度相对较高;胁迫后发现,GmVIT1的mRNA积累受ABA负调控,盐胁迫下基因显著上调表达。大豆毛状根试验发现,过量表达GmVIT1的毛状根耐受150 mmol·L~(-1)氯化钠;转基因拟南芥耐盐性试验表明GmVIT1可显著提高植物耐盐能力。     

大豆基因组CLC同源基因家族的生物信息学分析

利用NCBI网站、Phytozome数据库和有关生物信息学软件,对大豆基因组CLC(chloride channel)同源基因家族进行系统的预测分析和比较。结果表明:大豆CLC同源基因有8~9个拷贝,分别分布于第1、5、9、11、13、16和19号染色体上,内含子数目为4~23;编码的大豆CLC蛋白氨基酸数量为725~823,整体一致性为63.43%,相对分子质量为(80~91)×103,理论等电点为6.45~8.94,带正或负电荷氨基酸残基比例为7%~10%,均为跨膜蛋白(含9~12个跨膜区),除Glyma16g06190外均含有2个CBS结构域;具有(Ⅰ)GS/PGIPE、(Ⅱ)GKE/AGPLVH和(Ⅲ)PVGGVLFALEE/G 3个氨基酸残基保守区,其中相应关键氨基酸残基位点决定了它们不同的阴离子(Cl-或NO-3)优先选择属性和蛋白功能(通道或转运蛋白)属性。它们都与拟南芥CLC蛋白亚家族Ⅰ关系较近,其中GmCLC1(Glyma05g14760)、GmsCLC1、Glyma16g06190和Glyma19g25680与AtCLCa、AtCLCb处于同一分支,整体显示序列一致性为87.79%;Glyma09g28620和Glyma16g33351与AtCLCc、NtCLC1同源关系较近,序列一致性为70.99%;Glyma13g23080则与AtCLCg在同一分支,序列一致性为74.21%;而Glyma01g44950和Glyma11g00690则与AtCLCd同源关系最近,序列一致性为90.68%。qRT-PCR分析结果显示,在150mmol·L-1NaCl处理24 h过程中,GmsCLC1基因在栽培大豆N23674品种、野生大豆BB52种群及其后代4076株系中均上调表达,其中在BB52根中上升最显著。结论:大豆多个CLC同源基因在进化过程中发生的功能分化,可能在正常或盐胁迫条件下植株体内阴离子(包括Cl-、NO-3)稳态重建方面发挥不同作用。     

水稻耐盐机理的研究Ⅲ.不同基因型对NaCl吸收和运转的动力学比较

本文应用动力学研究方法比较了具有不同耐盐性的3组共6个水稻基因型对NaCl吸收和运转的差异,结果表明,在外部低NaCl浓度(0.1mmolL~(-1)时,水稻对Na~+的吸收为被动吸收,耐盐基因型对Na~+的吸收速率显著低于盐敏感基因型;对Cl~-的吸收为主动吸收,不同耐盐性基因型吸收Cl~-的动力学参数(V_(?)、K_(?))差异不显著,在外部高NaCl浓度(50mmolL~(-1))时,耐盐基因型对Na~+和cl~-的吸收速率均低于对应的盐敏感基因型。耐盐基因型水稻的Na~+、cl-从根部向地上部的运转率低于对应的盐敏感基因型,这种差异在高盐浓度时更为明显。表明了耐盐基因型水稻地上部对NaCl的排斥作用是吸收控制和运转控制共同作用的结果,使地上部Na~+、Cl-含量相对降低而显出较高的耐盐性。     

MYB转录因子在植物耐盐基因工程中的应用进展

盐胁迫是影响植物生长、发育及作物产量的重要环境因子。耐盐育种是保障农业生产的重要措施,利用基因工程技术提高植物耐盐性是优于传统育种的有效途径。MYB转录因子是植物中最大的转录因子家族之一,在包括盐胁迫在内的植物非生物胁迫调控中有重要作用。本文系统阐述了MYB转录因子的基本结构及其在拟南芥、烟草及水稻、大豆、番茄等植物耐盐基因工程中应用的研究进展,为MYB转录因子的利用及植物耐盐遗传改良及育种提供参考。     

甘蓝型油菜Na~+/H~+逆向转运蛋白基因BnNHX2的电子克隆与序列分析

盐胁迫是造成油菜产量下降的重要环境因子之一。Na^＋／H^＋逆向转运蛋白（Na^＋／H^＋ antiporter,NHX）基因是目前世界植物耐盐性研究领域中最热门的基因,油菜NHX基因的克隆对提高油菜耐盐性的转基因育种意义重大。本研究利用电子克隆的方法,获得1个新的甘蓝型油菜NHX基因BnNHX2的全长cDNA,含有一个长为1629bp的开放阅读框架,编码542个氨基酸,分子质量约59．9ku。生物信息学分析表明,BnNHX2蛋白属于跨膜蛋白,有12个跨膜区,是植物NHX超家族中的一员。通过同源比对和进化分析发现,BnNHX2基因与盐生植物盐芥ThNHXI基因高度同源,表明BnNHX2可能是油菜抵御盐胁迫的关键基因。     

水稻耐盐转基因研究进展

土壤盐渍化正吞噬着人类赖以生存的有限的土地资源,已经成为严重制约农业生产的另一个全球性问题。提高作物的耐盐能力是植物育种工作急需解决的关键问题。随着现代分子生物技术的飞速发展,人们寄希望于基因工程培育耐盐品种。科研工作者已经鉴定和克隆出一批耐盐碱相关的基因,这些基因的利用已成为培育耐盐水稻品种的主要途径之一。通过耐盐相关基因转化,已经获得了一些耐盐性提高的转基因水稻。本文就植物耐盐机理、耐盐相关基因的克隆及转耐盐基因水稻等几个方面进行了综述,并对该领域的前景进行了展望。     

水稻成花素Hd3a及其受体分子机制研究进展

成花素是有一个控制开花位点的基因FT(FLOWERING LOCUS T)编码的产物,成花素FT是植物开花途径中的关键整合因子。而水稻中的Hd3a(HEADING DATE 3a)是拟南芥FT的同源基因,Hd3a蛋白即是水稻中的成花激素,其在叶片中表达并通过微管组织运输到顶端分生组织,同成花素受体14-3-3蛋白结合,然后又附着到另一种转录因子OsFD1(FLOWERING LOCUS D)上形成成花素激活复合体,使开花基因OsMADS15功能活跃起来。文中对水稻成花素Hd3a及其受体14-3-3蛋白分子作用机制的研究进展进行了综述,为进一步研究植物开花分子生物学提供参考。     

外源亚精胺对盐胁迫下水稻根系抗氧化酶活性的影响

研究了外源亚精胺对盐胁迫下耐盐水稻品种Pokkali和盐敏感水稻品种Peta根系抗氧化酶活性、脯氨酸、可溶性蛋白含量及根系活力的影响.结果表明:外源亚精胺可以提高盐胁迫下不同耐盐性水稻品种根系中超氧化物歧化酶(SOD),过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性,降低超氧阴离子(O2- ·)产生速率和丙二醛(MDA)含量;使盐胁迫下根系脯氨酸的含量升高;并且可以阻止盐胁迫下两品种水稻根系可溶性蛋白含量及根系活力的降低.这表明,外源亚精胺可缓解盐胁迫对两品种水稻根系的伤害,并且对盐敏感品种Peta的缓解作用大于耐盐品种Pokkali.     

植物耐盐性生理与分子机制研究进展

随着经济的发展,严重的工业污染以及不良的农业生产活动方式使得土壤盐渍化程度加重,土壤盐渍化以及盐碱地资源如何利用成为一个世界性问题。我国拥有大面积无法正常利用的沿海滩涂盐碱地。研究植物耐盐机制对提高植物耐盐性和作物产量,培育耐盐新品种以及对盐碱地的充分利用有重要的理论意义与实践意义。结合前人研究成果,综述盐胁迫对植物的危害、植物耐盐生理及分子机制、提高植物耐盐性的主要方法。同时笔者还针对现阶段存在的问题进行分析,对今后植物耐盐性方面的研究方向进行展望。