盐胁迫下碱蓬叶绿体甘油－3－磷酸酰基转移酶基因维持高光合效率的分子机理研究

利用藜科植物特有的单细胞C4途径改造作物，增强其对CO2的同化作用，提高生物量和增强抗逆性是目前光合作用研究领域的热点。单细胞C4途径的顺利进行需要细胞膜与类囊体膜较高的稳定性和流动性。本课题拟从C3途径的盐地碱蓬和单细胞C4途径的异子碱蓬叶片中分离决定膜脂不饱和程度的甘油-3-磷酸酰基转移酶（GPAT）基因，比较盐胁迫下C3途径和单细胞C4途径碱蓬中GPAT基因活性及选择性的差异；利用碱蓬离体叶片的瞬时转化体系分析碱蓬中GPAT基因的表达引起的不饱和脂肪酸含量的变化与盐胁迫下PSII和PSI光抑制的关系，以及对PEPC、Rubisco活性的影响，阐明C3途径的盐地碱蓬和单细胞C4途径的异子碱蓬中不饱和脂肪酸含量对盐胁迫下维持高光合效率及保护C4光合作用途径的分子机制，为合理开发利用我国大面积的滩涂和内陆盐碱地提供理论依据。

本课题从稀盐盐生植物盐地碱蓬叶片中分离决定膜脂不饱和程度的甘油-3-磷酸酰基转移酶（GPAT）基因，利用生物信息学分析发现该基因处于一个独特的进化分支上，利用real-time PCR对该基因进行定量分析，发现盐地碱蓬GPAT基因随外界NaCl处理浓度的升高而升高。本课题利用0-400 mM NaCl对盐地碱蓬幼苗进行处理，并检测其叶绿素含量、光合作用参数、PSII最大光化学效率（Fv/Fm）、PSII实际光化学效率（φPSII）、光合放氧速率以及参与碱蓬属植物光合作用同化过程的Rubisco和PEP-C羧化酶基因的表达情况，发现200-400 mM NaCl并没有抑制盐地碱蓬的生长，在200 mM NaCl处理下各光合作用参数能达到最佳。本课题利用气相色谱技术分析了NaCl处理后盐地碱蓬叶片膜脂组成及脂肪酸含量的变化，发现在NaCl处理下盐地碱蓬的不饱和脂肪含量（16:1、18:1、18:2、18:3）提高，磷脂酰甘油（PG）的含量也明显增加。这些结果说明盐地碱蓬在NaCl环境中能够增加GPAT基因的表达，从而增加PG的含量，提高膜脂不饱和程度，保护光合机构不受NaCl胁迫的伤害，并加强了光合作用同化物质的转移，从而实现盐地碱蓬在NaCl环境中获得更高的生物量。