聚合转化多浆旱生植物离子区域化功能基因改良紫花苜蓿抗逆性的研究

摘要：植物离子区域化功能蛋白(液泡膜Na+/H+逆向转运蛋白和H+-PPase)基因在改良作物抗逆性中有着巨大应用潜力。而目前用于遗传转化的相关基因多来自模式和盐生植物，且以单基因转化为主。多浆旱生植物强大的离子区域化能力是其适应干旱环境最有效的策略；本项拟用Gateway技术构建多浆旱生植物霸王液泡膜Na+/H+逆向转运蛋白基因ZxNHX和H+-PPase基因ZxVP1-1 的双价植物表达载体，通过农杆菌介导将其转入紫花苜蓿；用分子生物学手段鉴定转基因植株、检测外源基因在转基因植株中的表达；对稳定遗传的转基因后代进行耐盐和抗旱性评价，检测其液泡膜Na+/H+逆向转运活性和质子泵水解活性，用X-ray微区分析法研究Na+和K+在其根、叶细胞质和液泡中的微区分布。最终获得抗逆性显著增强的转基因紫花苜蓿新品系，为通过聚合转化多浆旱生植物离子区域化功能基因改良作物抗逆性的应用提供理论和实践依据。

本项目取得了以下主要进展和成果：(1) 构建了旱生植物霸王ZxNHX和ZxVP1-1基因双价植物表达载体，并成功对紫花苜蓿进行聚合转化，获得了共表达上述基因的转基因紫花苜蓿株系；(2)发现霸王ZxNHX和ZxVP1-1基因在紫花苜蓿中的共表达显著提高了转基因植株的耐盐性和抗旱性，在盐或干旱胁迫下，转基因株系的生物量、株高、相对含水量以及净光合速率均显著高于野生型；(3) 发现与野生型植株相比，不论在正常条件、盐或干旱胁迫下，转基因株系均具有更强的离子区域化能力，其根和叶中阳离子积累量显著增加。