嗜盐作物甜菜体内Na+长距离运输机制及其分子基础研究
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:31860404
- 项目类别:地区科学基金项目
- 资助金额:41.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:C1307.作物基因组及遗传学
- 结题年份:2022
- 批准年份:2018
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2019-01-01 至2022-12-31
- 项目参与者:李善家; 刘海龙; 蔺丽媛; 李辉; 李智强; 王金龙;
- 关键词:
项目摘要
Sugar beet (Beta vulgaris L.) is a typically natrophilic crop that can promptly transport larger quantities of Na+ absorbed by root to shoot and compartmentalize Na+ into vacuoles in leaves, as a cheap osmotic adjustment in order to adapt to saline environment. However, the precise molecular mechanisms underlying the long-distance transport of Na+ from root to shoot in sugar beet remain unclear. It has been shown that plasma membrane Na+/H+ antiporter (SOS1) might play important roles in the root xylem loading of Na+ and spatial distribution of Na+ in higher plants. In view of this, the present project will use two varieties of sugar beet with different salinity tolerance as materials to clone and identify the BvSOS1 gene encoding plasma membrane Na+/H+ antiporter. The transcript abundance of the BvSOS1 gene in different tissues of two varieties exposed to salt treatments will be analyzed quantitatively by using qRT-PCR methods. The BvSOS1 gene in salt-tolerant variety will be edited by CRISPR/Cas9 technology, and this gene will be overexpressed in salt-sensitive one, then Na+ concentrations of various tissues and xylem sap, and changes of sugar contents and salt tolerance will be determined in both BvSOS1-mutated plants and BvSOS1-overexpressed plants, respectively. The objective of this project is to clarify the functions of BvSOS1 in long-distance transport and spatial distribution of Na+, and the influences of it on salt tolerance in natrophilic crop. Overall, results of this project should provide theoretical basis and gene resouece involved in salt resistance for the genetic improvement of crops in north region of China.
嗜盐作物甜菜能够将根系吸收的大量Na+及时有效地转运至地上部叶片并区域化在液泡中,将其作为一种廉价的渗透调节剂以适应盐渍生境,但Na+从根系向地上部叶片长距离运输的分子机制尚不清楚。研究表明质膜Na+/H+逆向转运蛋白(SOS1)可能在植物根系木质部Na+装载及其空间分布中起重要作用。鉴于此,本项目拟以两个不同耐盐性甜菜品种为材料,克隆其质膜Na+/H+逆向转运蛋白基因BvSOS1;采用qRT-PCR技术对BvSOS1基因在盐处理下的转录丰度进行定量分析;利用CRISPR/Cas9技术定点编辑耐盐性较强品种的BvSOS1、在耐盐性较弱品种中过量表达该基因,分析BvSOS1基因突变植株和过量表达植株各组织及木质部汁液Na+浓度、糖含量和耐盐性的变化。以期阐明BvSOS1在嗜盐作物体内Na+长距离运输和空间分布中的作用及对耐盐性的影响,为我国北方地区农作物抗逆性遗传改良提供理论依据和基因资源。
结项摘要
盐胁迫是制约全球农作物生长和产量的主要环境因素之一。本项目以嗜盐作物甜菜为材料,探究了质膜Na+/H+逆向转运蛋白BvSOS1、BvCBLs、BvCIPKs和BvSnRK2s等基因在甜菜响应盐胁迫中的作用机制,取得了如下主要研究进展和成果:(1)克隆和鉴定甜菜质膜Na+/H+逆向转运蛋白基因BvSOS1,其CDS全长3489 bp,编码1162个氨基酸,等电点(pI)6.34,分子量128.5,含有12个跨膜区,定位在第6条染色体。(2)发现BvSOS1在甜菜地上部和根中均有所表达,但地上部的表达水平显著高于根部;随着盐处理时间延长,地上部和根中的表达量均呈增加趋势。(3)构建了BvSOS1过量表达载体,得到重组质粒pEarleyGate 100-BvSOS1,采用花序浸染法遗传转化拟南芥,最终获得23株转基因株系。(4)发现过表达BvSOS1使转基因植株种子发芽率、幼苗根长、鲜重、叶绿素和脯氨酸含量显著增加,抗氧化酶相关基因AtSOD1、AtCAT1、AtPOD1及脯氨酸合成相关基因AtP5CS1表达水平高于野生型植株。可见BvSOS1通过调节抗氧化酶活性和渗透调节能力,增强转基因植株的耐盐性。(5)鉴定出7个BvCBLs,其含有保守的EF-hand基序,而BvCBL1、-2和-5的N-末端含有豆蔻酰化位点,BvCBL4和-6的N端包含一个跨膜结构域。在盐处理下,BvCBLs在地上部和根部的表达量均有显著增加,而在山梨醇处理下其在根部的表达量显著诱导。(6)鉴定出20个BvCIPKs基因,根据系统发育分析和基因结构及保守基序分布将其分为A-E五个亚簇,C端含有高度保守的NAF/FISL和PPI结构域。50和100 mM NaCl显著诱导甜菜地上部和根中BvCIPKs表达。(7)鉴定到6个BvSnRK2s基因,其CDS在1008 bp~1095 bp;pI从4.85~5.73不等,GRAVY均为负值,表明BvSnRK2s为亲水蛋白。根据是否受ABA诱导,将SnRK2分为3簇Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ。发现BvSnRK2s在甜菜叶和根中均有所表达。在盐处理下地上部和根中的表达量上调,而干旱处理下在地上部的表达量相对较高。可见,BvSnRK2s在响应逆境胁迫中具有重要作用。以上研究成果对我国北方干旱半干旱地区农作物抗逆性遗传改良和生态环境保护与建设具有重要的理论意义和实践价值。
项目成果
期刊论文数量(20)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(4)
专利数量(0)
Two sainfoin (Onobrychis viciifolia Scop.) cultivars differ in their responses to neutral and saline-alkali stress during seed germination and early seedling growth
两个红豆草(Onobrychis viciifolia Scop.)品种在种子萌发和幼苗早期生长过程中对中性和盐碱胁迫的反应不同
- DOI:--
- 发表时间:2021
- 期刊:Applied Ecology and Environmental Research
- 影响因子:0.7
- 作者:Li SJ;Zhu YH;White JF;Wei M;Wu GQ
- 通讯作者:Wu GQ
NAD依赖型去乙酰化酶SRT在植物表观遗传调控中的作用
- DOI:--
- 发表时间:2023
- 期刊:生物技术通报
- 影响因子:--
- 作者:魏明;王欣玉;伍国强;赵萌
- 通讯作者:赵萌
BADH在植物响应非生物胁迫中的作用
- DOI:--
- 发表时间:2022
- 期刊:植物生理学报
- 影响因子:--
- 作者:韩悦欣;伍国强;魏明;王北辰
- 通讯作者:王北辰
WRKY转录因子在植物逆境响应中的作用
- DOI:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2020-1481
- 发表时间:2021
- 期刊:生物技术通报
- 影响因子:--
- 作者:张桐;李智强;伍国强
- 通讯作者:伍国强
红豆草组织培养及植株再生体系的优化
- DOI:--
- 发表时间:2021
- 期刊:草地学报
- 影响因子:--
- 作者:康红霞;朱永红;赵萌;贾姝;伍国强
- 通讯作者:伍国强
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其他文献
质膜Na^+/H^+逆向转运蛋白与植物耐盐性
- DOI:10.3724/sp.j.1259.2011.00206
- 发表时间:2011-05-09
- 期刊:
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- 通讯作者:王锁民
液泡膜Na~+/H~+逆向转运蛋白与植物耐盐性
- DOI:--
- 发表时间:--
- 期刊:中国农业科技导报
- 影响因子:--
- 作者:伍国强;包爱科;王强龙;王锁民
- 通讯作者:王锁民
甜菜内向整流K+通道BvAKT1基因RNAi载体的构建
- DOI:--
- 发表时间:2019
- 期刊:分子植物育种
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- 作者:伍国强;刘海龙;李胜胜;蔺丽媛;谢玲玲
- 通讯作者:谢玲玲
盐生植物碱蓬Actin基因片段的克隆及序列分析
- DOI:--
- 发表时间:--
- 期刊:生物技术
- 影响因子:--
- 作者:周向睿;王锁民;伍国强;马清
- 通讯作者:马清
盐处理对甜菜生长和渗透调节物质积累的影响
- DOI:10.11686/cyxb2016192
- 发表时间:2017
- 期刊:草业学报
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- 作者:伍国强;冯瑞军;李善家;王春梅;焦琦;刘海龙
- 通讯作者:刘海龙
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