紫花苜蓿Na+/H+ 逆向转运蛋白基因在拟南芥中表达提高转基因植株的耐盐性

以紫花苜蓿(Medicago sativa)为材料, 利用反转录PCR方法分离了NHX1全长cDNA(命名为MsNHX1)。Southern杂交结果表明, 在紫花苜蓿中存在一个小的液泡型Na⁺/H⁺逆向转运蛋白基因家族。序列分析表明, 该基因所编码的蛋白与拟南芥、水稻和棉花中液泡型Na⁺/H⁺逆向转运蛋白具有较高的同源性。在洋葱表皮细胞中瞬时表达MsNHX1-GFP融合基因的结果表明, MsNHX1定位在液泡膜上。Northern杂交发现该基因的表达受高浓度NaCl诱导。MsNHX1在盐敏感酵母突变体中表达可以提高转化子对NaCl的耐受性, 说明MsNHX1具有转运Na⁺的功能。在拟南芥中表达MsNHX1能显著提高植株耐受盐胁迫的能力; 而且在受到盐胁迫时, 转基因植株比野生型的渗透调节能力更强, 生物膜受破坏程度降低, 光合能力增强。以上研究结果表明MsNHX1是一个液泡膜Na⁺/H⁺逆向转运蛋白, 在植物耐受盐胁迫过程中起重要作用。     

水稻(Oryza sativa)新型液泡Na+/H+逆向转运蛋白基因的特征分析和表达

以拟南芥AtNHX1 cDNA 片段作为探针，筛查水稻盐胁迫植株叶片cDNA 文库，获得与AtNHX1同源的水稻新型液泡Na⁺/H⁺逆向转运蛋白基因（OsANT1）。序列分析表明，OsANT1 全长cDNA为2 178 bp，包括一个长度为1 608 bp的完整开放阅读框，编码535个氨基酸残基。在DNA水平上，OsANT1基因含有15个外显子和14个内含子，长度为4 835 bp。OsANT1含有12个跨膜域，系统进化树分析结果表明，与来自拟南芥、水稻、小麦、玉米、大麦、马蔺和芦苇等的Na⁺/H⁺逆向转运蛋白高度同源。盐胁迫条件下，OsANT1的表达具有盐分诱导特征，且随着胁迫的增大而增加。表明该基因可能在水稻抵御盐分胁迫的过程中具有一定作用。     

转Na~+/H~+逆向转运蛋白基因(nhaA)大豆植株的获得及耐盐性分析

高盐对作物造成渗透胁迫和离子毒害,是影响作物生长发育的主要非生物胁迫因子之一。Na+/H+逆向转运蛋白能够通过将Na+排出细胞或将其区隔化入液泡中来调节细胞内的离子平衡,是植物耐盐的关键因子。本研究将质膜Na+/H+逆向转运蛋白基因nhaA构建到植物表达载体pBI121上,通过发根农杆菌介导转化大豆子叶节,获得6株卡那霉素抗性再生植株。对抗性植株进行PCR、Southern blot和RT-PCR鉴定,3株植株呈阳性,平均转化率为0.42%。对阳性植株的耐盐生理指标测定结果显示,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。nhaA基因在大豆植株中的表达显著提高了大豆对盐胁迫的耐受性,为大豆耐盐新品种的选育和广泛应用该基因进行其它农作物的耐盐性改良提供了材料和依据。     

玉米种子萌发过程中Na+、K+和Ca2+含量变化与耐盐性的关系

玉米耐盐品种登海9号和盐敏感品种浚单18在含0、50、100、150和200 mmol L^-1 NaCl的营养液中萌发生长, 采用等离子质谱分别测定其萌动种子种皮、胚、胚乳和幼苗根、根颈、叶中Na⁺、K⁺、Ca²⁺的含量。结果表明, 随着培养液中NaCl浓度的增加, 玉米体内Na⁺含量逐渐升高, 在幼苗中表现地下部(根和根颈)显著高于地上部(叶); 在萌动种子中, 胚中Na⁺积累量显著高于种皮和胚乳。根系积累Na⁺能力较强, 胚拒Na⁺能力较弱, 种皮具有一定的Na⁺累积能力。随NaCl浓度的增加, K⁺和Ca²⁺含量逐渐降低, 尤其是Ca²⁺含量急剧减少, 达38.4%~55.9%(登海9号)和65.6%~78.2%(浚单18)。玉米根、根颈、种皮的Na⁺积累能力、叶的拒Na+能力和幼苗选择吸收Ca²⁺的能力可能与品种耐盐性有关。     

培养液NO3－/NH4+比对甜菜幼苗NO3－、NH4+吸收特性的影响

采用标准偏高糖型甜研7号与标准偏丰产型甜研8号2个二倍体纯系品种及水培方法，研究了子叶期（11 d）甜菜对NO₃^－和NH₄⁺ 的吸收特性以及不同NO₃^－/NH₄⁺ 比对苗期（31 d）甜菜吸收特性的影响。发现了子叶期甜研7号较甜研8号对NH₄^＋有较大的Vmax，有利于NH₄⁺的吸收。低NH₄⁺浓度比促进甜菜对NO₃^－的吸收。而且甜研7号受到的影响相对大于甜研8号。不同NO₃^－/NH₄⁺ 也影响甜菜对NH₄⁺ 的吸收速率，2品种所受的影响并不相同。2品种遗传特性不同导致了甜研7号对NH₄⁺ 的吸收较甜研8号敏感。高浓度NH₄⁺ 的存在促进了甜研7号与甜研8号对NH₄⁺ 的吸收。说明可以通过调节甜菜对NO₃^－与NH₄⁺ 的吸收与同化关系来调控甜菜的氮代谢，以提高甜菜的产量与质量。     

过表达谷子液泡H~+-ATPase E亚基基因在拟南芥中的耐盐性

V-H+-ATPase在植物生长、发育和胁迫响应等生物学过程中发挥重要作用。本研究通过序列比对,从谷子中克隆到V-H+-ATPase E亚基基因Si VHA-E。进化树分析显示,Si VHA-E基因在进化上属于E1/E3亚族,与玉米V-H+-ATPase E亚基基因Zm VHA-EL亲缘关系较近。表达谱分析结果显示,Si VHA-E在高盐、茉莉酸甲酯(Me JA)、水杨酸(SA)和脱落酸(ABA)处理下表达上调,在低温和低氮处理下表达下调。亚细胞定位分析表明Si VHA-E定位于液泡膜上。遗传转化拟南芥的耐盐性鉴定表明,在盐处理条件下,转基因株系的种子萌发率、幼苗主根长、植株鲜重及存活率显著高于野生型的。与野生型拟南芥植株相比,Si VHA-E过表达植株体内Na+含量减少,体内相对含水量提高。此外,ABA萌发试验结果显示,在种子萌发后期,Si VHA-E过表达植株对ABA更加敏感。研究表明,谷子Si VHA-E可以显著提高拟南芥耐盐性,这可能与其正向调控ABA信号途径以及减少植株体内Na+积累和水分散失有关。     

北美海蓬子Na+/H+逆向运输蛋白基因的克隆及拟南芥转化分析

Na /H 逆向运输蛋白在植物耐盐性方面起着极为重要的作用.根据在不同植物中功能相同的同源基因保守序列设计引物,通过RT-PCR方法从真盐生植物北美海蓬子(Salicornia Bigelovii Torr.)中克隆出包括有1683bp的完整编码区在内的2 591 bp(GenBank登陆号为DQ157454)的Na /H 逆向运输蛋白基因(SbNHX1)cDNA序列.将该基因编码区序列构建到植物表达载体pVKH-35S-pA上,并通过农杆菌介导转化到模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)中,得到T3代转入单基因种子.200 mmol/L的NaCl胁迫培养结果显示,转基因拟南芥在200 mmol/L的NaCl胁迫条件下生长状况好于野生型植株,植物表现有一定的耐盐性.     

刺槐Na+/H+逆向转运蛋白RpNHX1基因的分离和生物信息学分析

盐分胁迫严重影响植物生长和产量.为了研究木本植物对盐分的适应性,利用5'RACE技术,从刺槐中克隆得到液泡Na /H 逆向转运蛋白基因RpNHX1.该基因长度为2 281 bp,含有一个开放阅读框,编码535氨基酸残基组成的蛋白,该蛋白序列与大豆GmNHX1和拟南芥AtNHX1相似,氨基酸的同源性分别达85%和69%,RpNHX1属于NHX亚族的NHX-I分枝.用生物信息学的方法预测RpNHX1具有所有Na /H 逆向转运蛋白共同的结构特点,即含有疏水的N末端,10个跨膜螺旋区域和一个具有调节功能的C端亲水区域,其中氨氯吡嗪咪敏感基序和CaM结合域也是保守的.在4和5的螺旋区域之间,存在有一串带负电荷氨基酸,显示出有规律的排列模式,这些模式在生物界中的Na /H 转运蛋白中是保守的.结合亲疏水资料,我们认为Na /H 转运通道结构可能存在于这一区域.另外,也分析了RpNHX1可能的糖基化、酰基化和磷酸化位点.从这些数据中可以看出,RpNHX1可能在细胞中起到Na 区隔化作用.     

蛋白激发子Hrip1基因在拟南芥中表达可提高植株的耐盐耐旱能力

Hrip1是从极细链格孢(Alternaria tenuissima)代谢物中分离的一种蛋白激发子。将蛋白激发子基因Hrip1转化到拟南芥,对5个T₁代转基因拟南芥株系进行分子检测, 证明Hrip1基因能够在拟南芥中转录和表达。转基因植株对盐和干旱胁迫的抗性显著增强, 75 mmol L⁻¹ NaCl和50 mmol L⁻¹甘露醇渗透胁迫2 d, 转基因植株种子平均相对发芽率为32.1%和77.9%, 分别比野生型的增加3.72倍和5.61倍; 150 mmol L⁻¹ NaCl和50 mmol L⁻¹甘露醇处理拟南芥幼苗7 d后, 转基因植株平均相对根长为81.79%和93.25%, 分别是野生型的1.53倍和1.34倍。3周龄的转基因植株在250 mmol L⁻¹ NaCl条件下胁迫20 d, 平均存活率为67%, 显著高于野生型(42%)(P<0.05); 干旱胁迫25 d后, 复水5 d转基因植株平均存活率为72%, 而野生型仅为44%。检测结果显示转基因植株叶片的抗氧化酶活性明显高于野生型, 用200 mmol L⁻¹ NaCl和200 mmol L⁻¹甘露醇处理24 h后, POD活性分别比野生型植株提高1.56倍和1.85倍, CAT活性分别比野生型植株提高1.64和1.86倍。说明蛋白激发子Hrip1基因在拟南芥中的表达能够改善和提高植株的耐盐抗旱能力。     

W6基因的过表达提高转基因烟草的耐盐性

W6基因是由普通小麦地方品种小白麦cDNA文库中克隆获得的ERF类转录因子, 属于ERF IV家族。将W6基因构建在由组成型CaMV35S强启动子控制的双子叶转化载体pBI121上, 通过农杆菌介导法将其转入烟草新华1号。利用RT-PCR技术分析W6基因的过量表达对下游抗性基因表达水平的影响, 并测定高盐胁迫下转基因烟草的SOD酶活性和叶绿素含量。结果显示, 所检测的转基因烟草阳性株中W6基因均有不同程度的表达, 其耐盐性明显提高。W6基因的表达诱导并增强了含有GCC box的PR(pathogenesis-related)基因和含有DRE/CRT元件的COR/RD基因的表达。在高盐胁迫下, 转基因烟草的SOD酶活性和叶绿素含量明显高于对照。W6基因既能诱导抗病相关的PR基因表达又能诱导与提高非生物胁迫能力的COR/RD基因表达, 可能与生物胁迫和非生物胁迫相关, 证实转录因子W6参与了耐盐胁迫相关基因的调节, W6基因的过表达提高了转基因烟草的耐盐性。     

苜蓿耐盐基因分子标记的筛选

以耐盐苜蓿×敏盐苜蓿组合的F2群体为试验材料,利用改良BSA法筛选与苜蓿耐盐基因紧密连锁的分子标记.在对26组520条RAPD随机引物筛选中,共有66条引物为DNA多态性引物,选出一个与苜蓿耐盐基因相连锁的分子遗传标记.通过F2代群体的遗传分析,观测到分子标记与耐盐性等位基因之间发生重组,但重组值较小,在A8×D2杂交组合中,重组率为2.27%;在A5×D1杂交组合中,重组率为4.03%.这些结果表明,这一显性标记与苜蓿的耐盐基因座位连锁程度较为紧密.用国外登记的耐盐苜蓿种质及相对敏盐种质单株对获得的耐盐标记进行验证,85%耐盐种质材料AZ-90NDC-ST的单株DNA都扩增出1个约1 400bp的DNA片段;75%敏盐种质材料AZ-88NDC的单株DNA未能扩增出此片段.     

苜蓿耐盐基因分子标记的筛选及鉴定

以耐盐苜蓿×敏盐苜蓿组合的F2群体为试验材料,利用改良BSA法筛选与苜蓿耐盐基因紧密连锁的分子标记。在对26组520条RAPD随机引物筛选中,共有66条引物为DNA多态性引物,选出一个与苜蓿耐盐基因相连锁的分子遗传标记。通过F2代群体的遗传分析,观测到分子标记与耐盐性等位基因之间发生重组,但重组值较小,在A8×D2杂交组合     

毛偃麦草Na~+/H~+逆向转运蛋白的分子克隆及生物信息学分析

根据小麦和长穗偃麦草的液泡膜Na+/H+逆转运蛋白基因(TaNHX1、TeNHX1)全长序列设计引物,通过RT.PCR直接扩增的方法从毛偃麦草(Elytrigia trichophora L.)中克隆到了Na+/H+逆转运蛋白基因,命名为EtNHX1 (Accession numeber:EU876834).EtNHX1最大开放阅读框为1 641 bp,编码含有546个氨基酸残基、分子量为59.8 kD的蛋白,预测等电点8.0.EtNHX1含有39个碱性氨基酸,37个酸性氨基酸,256个疏水氨基酸及128个极性氨基酸.二级结构预测表明该蛋白含约47%的α-螺旋、20%的延伸链、4.5%的β-转角和28%的不规则卷曲.亲疏水性分析显示,EtNHXl含有12个连续的疏水片断,其中10个可能构成跨膜螺旋.序列分析显示,EtNHX1与小麦(Triticum aestivum L.)、中间偃麦草(Thinopyrum intermedium L.)、长穗偃麦草(Elytrigia elongate L.)、水稻(Oryza sativa L.)、角果碱蓬(Suaeaa corniculata L.)、小盐芥(Thellungiella halophila L.)等植物的液泡膜Na+/H+逆向转运蛋白高度同源,序列相似性分别为98%、98%、96%、85%、68%和67%.序比对结果以及进化树分析均表明EtNHX1应为定位于毛偃麦草液胞膜上的Na+/H+逆向转运蛋白.     

转金属硫蛋白基因(MT1)烟草抗Cd2+胁迫的生理特性分析

将柽柳（Tamarix sp.）金属硫蛋白基因（MT₁，GenBank登录号：AB298390）插入植物表达载体pBI121，取代花椰菜病毒35S启动子下游的gus基因，利用农杆菌（Agrobactrium tumefaciens）介导法将MT1导入烟草（Nicotiana tobacum）基因组。对具有卡那霉素抗性，且经PCR-Southern检测和Northern杂交表现阳性的转基因株系进行抗Cd²⁺分析表明，金属硫蛋白基因的过量表达提高了转基因植株的抗Cd²⁺能力，在含200 µmol L^-1和400 µmol L^-1 Cd²⁺的MS培养基上，转基因植株的株高和鲜重均明显优于非转基因株系；在生理性状上表现为转基因植株MDA含量及POD活性明显低于非转基因株系，叶绿素含量和SOD活性比非转基因株系明显增加。