SOS过表达转基因拟南芥增强耐盐性外文翻译资料

SOS过表达转基因拟南芥增强耐盐性

原文作者：QingYang,Zhi-ZhongChen,Xiao-FengZhou,Hai-BoYin,XiaLi,Xiu-FangXina,Xu-HuiHong,Jian-KangZhuc, ZhizhongGong。

摘要：土壤的盐碱化是一个对植物生长和产量有主要影响的非生物胁迫因素。最近，有报导称过表达AtNHX1或SOS1基因的植物的耐盐性有显著增强。为了检测过表达的基因是否对植物的耐盐性有所提高，我们使用6种不同的转基因拟南芥分别是AtNHX1； SOS3；AtNHX1 SOS3； SOS1, SOS2 SOS3； SOS1 SOS2 SOS3。Nothern印迹分析指出在转基因植物中存在相关转基因的高水平转录。与先前的报告相反，单独过表达AtNHX1的转基因拟南芥的耐盐性并没有提高。我们发现过表达SOS3的作用与过表达SOS1相似。而且过表达AtNHX1 SOS3； SOS1, SOS2 SOS3；SOS1 SOS2 SOS3这三者的作用结果与SOS1，SOS3都相似。

关键词：非生物（环境）胁迫，盐碱化，信号转导

正文：

土壤盐碱化是一个限制农作物产量的重要因子。植物需要好几种营养素为其生长和繁殖所需。然而，高浓度离子包括钠离子和氯离子对大多数植物（所有作物）是有害的。高盐浓度引起离子压和渗透压。从而导致了其他压力，比如氧化压力和营养障碍。因此，一种提高植物耐盐性的主要策略就是通过过表达基因，这种基因能在压力下被诱导过表达或者能在正常水平下表达。

过表达基因编码LEA蛋白，这种蛋白在种子发育过程中高度积累。比如大麦的HVA1和小麦的DHN-5都能提高植物的耐盐性，尽管他们的作用机制尚不清楚。渗透压也会引发渗透物质的积累，为了渗透物质的适应作为渗透调节和功能。转基因植物过表达参与这些渗透剂的合成和积累，包括甘露醇，脯氨酸，4-O-甲基内消旋肌醇，甜菜碱，海藻糖，果聚糖，四氢嘧啶，山梨糖醇，使得植物耐盐性增加。转录因子和蛋白激酶在信号通路中调控基因的过表达也会增加植物的耐盐性。另外一些编码与氧化保护有关酶的基因，比如谷胱甘肽S-转移酶， 过氧化物酶，超氧化物歧化酶，抗坏血酸过氧化物酶，谷胱甘肽还原酶都能增强植物的耐盐性。最后通过调节离子平衡的其他几种过表达基因，例如SOS1，AtNHX1，AVP1也能达到提高植物耐盐性的效果。

在拟南芥中，离子平衡主要是由SOS信号通路介导，它包括三个主要部分。SOS1编码的质膜Na / H 反向转运蛋白在调节钠离子的进出以及从根到干的长距离的钠离子运输起着关键的作用。SOS3编码一个EF手钙结合蛋白，其功能为耐盐性钙传感器。SOS2编码丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶。盐胁迫引发由sos3感应的短暂的钙离子浓度增加。SOS2参与其中，并由SOS3激活。SOS2/ SOS3激酶复合物磷酸化和活化SOS1。在酵母中，SOS1，SOS2，和SOS3在转化酵母细胞中的共表达比一个或两个的SOS蛋白质的表达表现出的耐盐性高。所以猜测SOS1的完全活性取决于SOS2/ SOS3的共同作用。

AtNHX1是研究液泡得到的第一个植物蛋白，它可以介导Na 转运到液泡。已经有报告说SOS1或AtNHX1的过表达能提高植物的耐盐性。因为SOS1的最大活性需要SOS2和SOS3的共同作用，并且AtNHX1活性已显示由SOS途径来控制。所以SOS1或AtNHX1的转基因植物中的完整的活动可能都需要SOS2和SOS3。我们推测的转基因植物共表达SOS1，SOS2，和SOS3一起可以提高耐盐性比过表达任何单基因的转基因植物更好，因为SOS2/ SOS3可能需要充分激活SOS1和AtNHX1。

而在这里，我们给出证据说明AtNHX1的过表达拟南芥并没有提高其耐盐性。而过表达的SOS3 或者SOS1植株与对照植物相比却有着明显的高耐盐性。SOS1 SOS2 SOS3共表达的植株耐盐性与单单是SOS3 或者 SOS1过表达植株相比只是略微提高一点。

结果：

SOS基因和AtNHX1在转基因拟南芥中表达的Northern杂交分析

转化载体包括SOS1, SOS3, SOS2 SOS3, AtNHX1, AtNHX1 SOS3, SOS1 SOS2 SOS3已经构建成功。SOS1 和 AtNHX1的表达由超级启动子控制，而SOS2 和SOS3由35S启动子控制。每个含有不同基因的空载体都是通过floral的方法转入拟南芥之中。每个构建都选自几种独立的转基因株系。为了避免基因沉默，我们选择了两个稳定单独的基因插入纯和T4系中。为了进一步研究，该基因从表达转基因的转基因植物中提取。我们用一个空的载体转化的转基因拟南芥作为对照。Northern印迹法分析表明，转基因系与对照植物相比，无论有没有盐处理，都表达出更高水平。尽管我们已经观察到氯化钠可以增加累积SOS1转录物的水平，如先前报道，在这种条件下，这是正确的。

转基因植物的耐盐性分析

为了测试的几种盐相关基因共表达是否可以提高转基因植物中的耐盐性，我们分析了转基因植物对盐胁迫用根弯曲测定的反应。首先将拟南芥幼苗于MS培养基中培养4天，之后分别转移至含170，200，220 mM氯化钠新的MS培养基中分别培养3天以上。没有盐处理时，所有转基因拟南芥与对照组植物在生长上没有差异。而在盐处理下，所有的转基因拟南芥，除了过表达AtNHX1的植株，其生长都比对照组的生长要好。在170mM氯化钠培养基中生长三天，转基因植株与对照组的生长没有区别，在含200mM氯化钠培养基中生长三天，对照组和仅过表达AtNHX1的转基因植物的一些子叶成为白色，其他的转基因植株的子叶仍保持绿色。在含220mM氯化钠培养基中生长三天，对照组植株和过表达AtNHX1的植株存活率20%，其他转基因植株SOS1, SOS3, SOS2 SOS3,AtNHX1 SOS3,or SOS1 SOS2 SOS3存活率为80%。这表明与其他类型植株比较而言，过表达的SOS1 SOS2 SOS3植株有明显更高的存活率，但相比较过表达SOS1.的植株也没有显著的区别。

在另外一种耐盐试验中，将生长在固体MS培养基6天的幼苗分别转移培养到含200mM氯化钠的液体MS培养基与不含氯化钠的液体MS培养基（对照）中，大多数野生型和过表达AtNHX1的植株死亡，而其他转基因植株存活。对比于先前的报告，经过几次实验，我们发现只有过表达AtNHX1的转基因植株其耐盐性没有增加。我们继续对更多独立的过表达AtNHX1植株进行实验，最终，我们经过130多种的过表达AtNHX1植株的实验发现其没有任何一株能增强耐盐性。尽管过表达ATNHX1 SOS3植株的耐盐性比对照组高，但其耐盐性并不比只有SOS3过表达的植株高。

钠离子和钾离子在转基因植物中的积累

K / Na 的动态平衡的维持是影响耐盐性的一个重要因素。SOS和AtNHX1的表观功能是维持胞质溶胶中的低钠离子含量和正常钾含量。SOS信号通路限制钠离子的净通量，而NHX1是增加钠离子从细胞质到液泡移动的量。为了测试这些基因的过表达是否可以减少植物中的Na 积累，我们比较了转基因植物和对照植物之间的Na 的含量。结果表明，转基因植物中过表达SOS1或AtNHX1的钠离子含量与对照植物在有或无盐处理下都相同。然而，转基因植物过量表达SOS3，SOS2 SOS3，AtNHX1 SOS3，和SOS1 SOS2 SOS3，分别比正常和盐处理的条件下的对照植物积累较少的Na 。

钾离子的含量，转基因植物中过表达SOS1或AtNHX1的钠离子含量与对照植物在有或无盐处理下都相同。转基因植物过量表达SOS3，SOS2 SOS3，AtNHX1 SOS3，和SOS1 SOS2 SOS3，在正常条件下其钾离子含量与对照组相同，在盐处理下，其钾离子含量比对照组高。

转基因和对照植物叶绿素含量的比较

无盐处理下，所有不同的转基因株系和对照组的总叶绿素含量无显著差异。盐处理后，对照组植物和过表达AtNHX1植株的总叶绿素含量迅速下降。其他转基因株系下降程度较小。这些结果表明，在盐处理下，转基因植物过表达SOS1，SOS3，SOS2 SOS3，AtNHX1 SOS3，和SOS1 SOS2 SOS3的光合能力比对照组和过表达AtNHX1植株要强。

SOS过表达缓解盐对植物侧根发展的抑制作用

盐胁迫抑制侧根发育，为了测试这些基因的过表达是否可以缓解这种抑制作用，我们分析了侧根对盐胁迫的响应。将生长在MS培养基上的幼苗分别转移到含有0，170和200 mM氯化钠的MS培养基上培养7天。在正常情况下，所有的转基因品系的侧根生长没有显示出与对照植物的差异。盐处理后，转基因植物和对照植物的侧根发育受到抑制，但这种抑制的程度过表达SOS1，SOS3，SOS2 SOS3，AtNHX1 SOS3，和SOS1 SOS2 SOS3比过表达AtNHX1和对照组的植株要小。我们计数的转基因植物和对照植物的侧根的数量。无盐处理时，所有的转基因植物的侧根数和对照组侧根数无差异。然而，在盐胁迫下，转基因植物过量表达SOS1，SOS3，SOS2 SOS3，AtNHX1 SOS3和SOS1 SOS2 SOS3的植株分别与对照植物相比，其侧根数目的减少程度都比对照组小。而过表达AtNHX1的植株与对照组没有显著差别。

讨论

SOS基因是已知的在拟南芥中调节钠离子稳态平衡的主要基因。在这项研究中，我们获得的转基因植物过量表达一个以上的SOS基因并测试了其相对耐盐性。由于SOS1 SOS2 SOS3基因组合改善酵母耐盐性大大超过任何单一SOS基因，我们意外地没有观察到在转基因拟南芥植物过量表达SOS1 SOS2 SOS3大大提高耐盐性。而激活SOS1可以使酵母有更好的耐盐性，类似于此，酵母表达的所有的三个sos基因只有SOS1的逆向转运蛋白活性的激活才能大幅提高酵母的耐盐性。在激活SOS1后插入sos2和sos3并不足以使拟南芥提高更强的耐盐性。我们还比较了转基因植物中过量表达AtNHX1和AtNHX1 SOS3的耐盐性。我们没有发现野生型植株和仅过表达AtNHX1的植株在耐盐性上有区别。并且过表达AtNHX1 SOS3植株的耐盐性与仅过表达SOS3的植株相比，其耐盐性也没有提高。

外文文献出处：MolecularPlant bull; Volume2 bull; Number1 bull; Pages22–31 bull; January2009

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