大豆和柽柳SOS1基因的耐盐功能差异比较

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盐害是导致植物生长发育受阻的重要原因之一,植物可以通过减少Na+的积累和产生渗透调节物质促使其产生一系列的应激反应以适应环境的变化。植物体内的离子转运系统在适应盐胁迫过程中发挥重要的作用。质膜上Na+/H+逆向转运蛋白SOS1通过将Na+排出体外的方式缓解盐胁迫对植物的离子毒害。大豆是一种重要的油料作物,盐害是影响其产量的主要原因之一,因此研究大豆的耐盐机制至关重要。泌盐植物柽柳是一种耐盐能力较强的植物,可以作为耐盐的研究材料。本文主要围绕大豆SOS1和柽柳SOS1基因的耐盐功能进行研究,同时利用酵母和发根表达系统分析比较了GsSOS1和TrSOS1的耐盐功能差异。本文主要的研究结果如下:不同大豆材料的耐盐性存在差异,通过对盐处理条件下栽培大豆(Glycine max)Lee68和N23674与野生大豆BB52(Glycine soja)幼苗根、茎和叶中SOS1基因的瞬时表达情况进行分析发现,3种大豆材料根、茎和叶中SOS1基因的瞬时表达规律相似,其表达量随着盐处理时间的延长均呈现先升高后降低的趋势,其中,根中表达量均明显高于茎和叶;在盐处理6h时Lee68、N23674和BB52根中SOS1基因的表达量最高,较0h分别提高了 48%、49%和65%,因此SOS1基因在耐盐品种BB52中表达量最高,这与野生大豆BB52品系较栽培大豆Lee68和N23674品种耐盐性强也是吻合的。为了分析大豆SOS1基因的耐盐功能,选择耐盐性较强的野生大豆BB52的GsSOS1基因作为研究对象,对GsSOS1基因进行定点突变并转入酵母质膜突变体ANT3中。结果表明,在100mMNaCl的培养基上,转入GsSOS1、S33T、G144E、T150I、A245V、A275V、R376C、G775D、G782E、S1136A 和 S1138A 能够恢复酵母质膜型NHA1突变体ANT3对Na+的转运能力,其中R376C的长势优于GsSOS1,而G135E、E518G和A924T不能恢复突变体的生长,说明这些突变位点作为GsSOS1的关键位点可以影响其耐盐功能。为了分析比较GsSOS1和TrSOS1基因的耐盐功能差异,利用酵母回补实验将GsSOS1和TrSOS1转化到酵母质膜型NHA1突变体ANT3中,发现二者均能回补突变体ANT3对Na+的转运能力,但转GsSOS1的酵母细胞内Na+的含量和Na+/K+比值显著高于转TrSOS1的酵母,表明TrSOS1的耐盐能力优于GsSOS1;同时利用发根农杆菌K599转化技术建立发根组合植株体系,在盐处理下,转GsSOS1和TrSOS1发根组合植株幼苗与转Vector相比均可减少根、茎和叶中Na+的含量,增加K+的含量,降低了 Na+/K+比值,提高了抗氧化酶CAT、SOD和POD的活性,表明大豆和柽柳SOS1基因可以改善盐胁迫下植株体内Na+、K+离子稳态、提高抗氧化能力,从而增强抵御盐胁迫的能力。综上所述,盐胁迫下野生大豆BB52品系的根、茎和叶中SOS1基因的表达量均高于栽培大豆Lee68和N23674;转入GsSOS1和TrSOS1恢复了酵母质膜突变体ANT3对Na+的转运能力,酵母细胞表达TrSOS1长势优于GsSOS1;发根过表达GsSOS1和TrSOS1可以提高大豆的耐盐性,转TrSOS1大豆材料的耐盐效应优于GsSOS1。
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