钙信号系统调控香蕉耐盐生理和分子机制研究

Banana is an important agricultural product of international competitiveness. But soil salinization and drought injury are two most important factors limiting the development of banana industry. Calcium acts as a secondary messenger and plays a critical role of stree signaling transdution in many plants. Base on above questions on banana industry of China, banana plantlet with different salt tolerance are investigated under saline stress with different species, contentrations and treatment time by the methods of pot. Then some chemical reagents which are including extragenous Ca2+,calmodulin antagonist TFP or Ca2+ transport A23187 and so on, are added during different salt injury stage. From theree levels of the whole plant, celluar and molecular response, we study ultracytochemical localization of calcium, change on calmodulin content and Ca2+-ATPase activitise and these gene experssion, temporal and spatial expression patterns of indcued especial protein, changes of morphological traits, growth and development, physiological and biochemical indexes regulted by calcim singnaling system. The aims of the research are to apply the base of breeding new cultilvars with saline resistence, take availble practical measures to prevent saline injury, and promote sustainable development for banana industry.

香蕉是我国具有国际竞争力的优势农产品之一，但是生产中盐碱化和干旱严重限制其产业的发展。钙作为重要的的第二信使，参与许多植物对逆境信号的传导。本项目紧密结合我国香蕉产业存在的问题，拟采用耐盐性不同的香蕉品种，在不同种类、浓度和作用时间的人工模拟盐胁迫逆境下，利用外源Ca2+、TFP、A23187等试剂设置阻碍或增强钙信号转导途径的处理，分别从植株整体、细胞、及分子等各种响应层面上，研究盐胁迫前后香蕉的Ca2+超微细胞化学定位、CaM含量和Ca2+-ATPas活性及其基因表达、盐诱导的特异蛋白质时空表达、以及其形态结构、生长发育、生理生化等耐盐指标变化，探析钙信号系统调控香蕉耐盐生理与分子机理。本项目的完成将在理论上丰富香蕉耐盐调控的解析机理；在实践上指导香蕉的耐盐育种和耐盐优质栽培打下基础，促使香蕉产业可持续发展。

香蕉是我国具有国际竞争力优势农产品之一，但它属于盐敏感植物，目前土壤盐碱化是限制香蕉产业发展的非生物主要逆境之一。钙信号系统参与了植物对非生物胁迫的应答，而钙信号系统调控香蕉耐盐机制未见报道。本研究在模拟盐胁迫实验下发现巴西蕉（AAA）和粉蕉（ABB）2个不同基因组类型幼苗从植株整体、叶片和根系不同层面上进行耐盐生理响应，运用主成分分析从20个生理指标筛选出叶MDA含量、叶可溶性糖含量、根MDA含量、根SOD等具有较大特征向量的指标作为香蕉耐盐的评价指标，应用隶属函数法综合评判粉蕉耐盐性强于巴西蕉，表明不同基因组类型与耐盐性强弱存在一定的相关性。Ca2+是植物逆境响应的重要第二信使，加外源钙有利于维持香蕉叶片正常的细胞外形，降低根系和叶片的MDA含量和质膜透性，增强其抗氧化能力和渗透调节能力，一定程度上缓解盐胁迫伤害，且外源钙的适宜浓度是巴西蕉5mmol/L、粉蕉10 mmol/L，CaCl2和Ca(NO3)2的效果好于Ca(AC)2；而加EGTA、TFP等钙信号阻碍剂会抑制上述效应，加剧香蕉盐害。盐胁迫中，利用非损伤性扫描离子选择电极技术（SIET）测定根尖分生区K+ 和Ca2+实时变化，表明盐胁迫诱导香蕉幼苗根尖分生区形成钙信号，采用焦锑酸钙沉淀法观察影响细胞壁和液泡等细胞器中呈现Ca2+分布区域化，加钙处理提高香蕉根和叶的CaM含量以及质膜、液泡膜Ca2+-ATPase活性，采用实时荧光定量法观测其CaM基因和Ca2+-ATPase基因相对表达量呈现先上升后下降的趋势。在香蕉耐盐的转录组学研究发现与盐胁迫调控相关的MYB、CHX3、HAK、NAC、NHX1、bZIP、WRKY等转录因子，香蕉耐盐的蛋白质组学研究发现钙依赖蛋白激酶、磷脂酶、过氧化物酶、葡聚糖酶、脯氨酸蛋白等差异蛋白，这些将为香蕉耐盐分子育种打下良好基础。在海水灌溉农业上，发现低浓度（5%）海水有利于香蕉幼苗的盐环境适应能力，而高浓度（10%和20%）海水处理对宝岛蕉造成盐害。另对香蕉有潜力的株系HD-1采用ISSR分子标记研究，表明其与蒲北矮香蕉、天宝矮蕉的亲缘关系最近（相似系数0.81），在人工模拟抗冷、抗旱和抗盐环境试验下表明香蕉HD-1的抗冷性、抗旱性、抗盐性均强于巴西蕉，采用伤根浸菌接种法表明HD-1抗枯萎病能力比巴西蕉强。