【摘 要】
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桑树不仅是家蚕的唯一饲料树种,蚕业生产的重要物质基础,而且具有很高的食用、药用和饲用价值。另外,桑树作为生态树种在盐碱地开发、水土保持、林业碳汇等方面也具有重要作用。盐胁迫是影响植物生长发育的重要非生物胁迫因素,土壤盐渍化已成为影响我国农林业发展及生态环境建设的重要因素。因此,解析桑树耐盐分子机制,挖掘耐盐基因,培育耐盐新品种,对盐碱地植被恢复和重建,开发利用盐碱地资源等具有重要意义。本研究对桑树
【基金项目】
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国家重点研发计划项目子课题(2018YFD1000602); 国家自然科学基金项目(32171748; 32172799); 山东省自然科学基金项目(ZR2019MC017); 山东省现代农业产业技术体系项目(SDAIT-18-04);
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桑树不仅是家蚕的唯一饲料树种,蚕业生产的重要物质基础,而且具有很高的食用、药用和饲用价值。另外,桑树作为生态树种在盐碱地开发、水土保持、林业碳汇等方面也具有重要作用。盐胁迫是影响植物生长发育的重要非生物胁迫因素,土壤盐渍化已成为影响我国农林业发展及生态环境建设的重要因素。因此,解析桑树耐盐分子机制,挖掘耐盐基因,培育耐盐新品种,对盐碱地植被恢复和重建,开发利用盐碱地资源等具有重要意义。本研究对桑树Na+/H+逆向转运蛋白(NHX)基因进行了全基因组鉴定和分析,研究了NHX家族各成员的表达模式,预测了NHX基因潜在的转录因子,并探究了其对NHX基因表达的调控作用,分析了该转录因子及其调控的NHX基因的耐盐功能,并利用其获得了耐盐性较强的转基因毛状根桑树。研究结果为深入研究NHX基因的功能及其表达调控机制奠定了基础,同时也为桑树育种提供了新的耐盐种质,对于更好地发挥桑树生态价值,促进桑树产业发展具有重要意义。主要研究结果如下:(1)桑树NHX基因家族的全基因组鉴定及分析。在湖桑32号基因组中鉴定到7个NHX基因(命名为Mul-NHX1-7)。7个Mul-NHX蛋白分别具有7-12个不同数目的跨膜结构域,都属于跨膜蛋白。根据其亚细胞定位可分为液泡类、质膜类和内体类3个亚家族,不同亚家族的成员间氨基酸序列保守性较差,同一亚家族的成员保守性较高,具有多个相同的保守基序。Mul-NHX蛋白N端保守性较强,都存在Na+/H+交换结构域,而C端高度分化,各个成员具有特异的调节活性的C端结构域。蛋白互作网络分析显示,Mul-NHX家族与CIPK/CBL激酶网络存在互作关系,且受到脱落酸(ABA)信号通路和MAPK激酶级联途径的调节。(2)Mul-NHX基因的表达模式分析。q RT-PCR分析表明Mul-NHX基因的表达都受Na Cl胁迫诱导,但桑树地上和地下部分具有不同的诱导表达模式,同时不同的Mul-NHX成员也具有不同的表达模式。另外,Mul-NHXs的表达也受到ABA、水杨酸(SA)和茉莉酸甲酯(Me JA)的调控,并且地上和地下部分及不同基因的诱导表达模式也不相同。克隆得到7个桑树Mul-NHX基因启动子(p Mul-NHXs),其核苷酸序列中包含ABA、SA和Me JA等多种植物激素响应元件,以及MYC、MYB和ARE等转录因子的结合位点。通过烟草瞬时侵染结合GUS组织化学染色试验发现,p Mul-NHXs启动子具有ABA、Me JA和SA诱导表达活性。(3)MYC2对Mul-NHX5基因表达的调控作用及其耐盐功能分析。克隆得到了桑树MYC2转录因子基因,通过烟草瞬时侵染共表达分析以及GUS染色实验,证明了MYC2能增强p Mul-NHX5启动子的活性和Mul-NHX5基因的表达。在拟南芥中过表达Mul-NHX5基因可以增强拟南芥种子萌发时的耐盐能力,提高盐胁迫下转基因植株中SOD、CAT和POD的活性,减轻超氧自由基损害,增强转基因植株的耐盐能力。利用毛状根转化系统,分别获得了转Mul-NHX5基因和转Mul-MYC2基因毛状根桑树,证明了Mul-NHX5和Mul-MYC2基因在桑树毛状根中过表达可以显著提高转基因桑树的耐盐性。
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