硝酸盐对中亚滨藜耐盐胁迫的信号调节机制研究

Atriplex centralasiatica is a herbaceous salt-secreting halophyte with particular mechanisms of salt tolerance, such as salt bladder and seed dimorphism. In previous study, we found that the salt tolerance of the seedlings derived from dimorphic seeds are correlated with the accumulation of nitrate (NO3-) and the production of nitric oxide (NO) in plants. However, the interaction between NO3- accumulation and NO level, and the effects of the interaction on salt tolerance are not fully understood. The main aim of this study is to elucidate the roles of NO3- accumulation and assimilation in modulating NO signaling in A. centralasiatica in response to salt stress and the feedback modulation of NO on NO3- accumulation, and identify the key genes and signaling transduction pathways that involved in these processes. Further confirmation of the roles of NO3- signaling in salt tolerance in plants is performed by studying the NTR1.1-RNAi transgenic A. centralasiatica plants. This study would provide an explanation for the role of nitrate-involved NO production in the plant growth and adaptation to salt stress, and benefit future work to reveal the molecular mechanisms of nitrate in modulating plant salt tolerance. Such an understanding is helpful for the breeding and cultivation of crop in saline soil, and provides insights into novel strategies for improving salt tolerance in plants by manipulating nitrogenous fertilizer.

中亚滨藜是一种典型的盐生植物,具有盐囊泡结构和二型性种子等特殊的耐盐胁迫的生理生态特征。研究发现，中亚滨藜二型种子的幼苗耐盐性与其吸收硝态氮 (NO3-) 和一氧化氮 (NO) 水平的差异呈正相关。然而NO3-的积累与NO信号之间的相互关系，以及这种关系对植株耐盐性的影响，则还不明确。因此，本项目拟研究中亚滨藜两型种子幼苗在盐胁迫下对NO3-累积和同化过程与NO信号之间的关系，以及NO对NO3-吸收和代谢的反馈调节机制，鉴定参与这一调控过程的相关基因及信号途径。同时，构建NO3-转运蛋白沉默的转基因材料，验证硝态氮在耐盐胁迫中的功能。本研究对于揭示极端生境植物的耐盐机制以及耐盐植物基因工程具有重要意义；同时对盐渍化土壤中如何通过调控氮肥形态，提高作物的耐盐性提供重要借鉴。

中亚滨藜是一种盐生植物，其幼苗耐盐性与其吸收NO3- 和NO水平呈正相关。然而NO3-的积累与NO信号之间的相互关系，以及这种关系对植株耐盐性的影响还不明确。本项目旨在研究中亚滨藜幼苗在盐胁迫下对NO3-累积和同化过程与NO信号间的关系。研究表明，NaCl促进了中亚滨黎叶片和根系中NO3-累积。盐胁迫可能通过影响NO3-的累积，进而影响NO水平。外源NO供体GSNO和NO抑制剂cPTIO处理，显著影响了幼苗对盐耐受性，表明NO提高了幼苗对盐耐受性。随着NO3-水平的提高，NR活性逐渐升高。使用NR抑制剂tungstate处理后，NR活性显著降低，NO水平也显著降低。采用转录组学，我们发现了一些在NO3-和NO供体SNP处理条件下中亚滨黎根系中共同差异表达的基因，表明硝酸盐处理可能通过NO途径调节了糖代谢、乙烯和IAA信号，从而调节了中亚滨藜对盐胁迫的耐受性。我们还发现，盐胁迫显著诱导了幼苗根尖类黄酮的累积；外源类黄酮类物质槲皮素影响了植物根系结构，提高了中亚滨藜幼苗对盐胁迫的耐受性。我们发现，NO3-处理导致了幼苗根尖类黄酮的累积。这些研究表明，NO3-可能通过类黄酮途径参与调控中亚滨藜的耐盐性。巯基亚硝基化分析表明，NRT1.1蛋白未发生巯基亚硝基化作用，暗示NO可能并未导致NRT1出现巯基亚硝基化及反馈调控。通过对转基因植株的表型分析结果表明：盐胁迫下，转基因植物主根长变化不明显，但NRT1-RNAi侧根数少于WT对照，MDA含量高于野生型对照，NO含量低于野生型对照。进一步确认了NRT1参与了盐胁迫下NO的累积。氮肥对于中亚滨藜耐盐性具有重要的影响。生物硝化抑制剂有效提高了植物对氮肥利用效率。我们分析了生物硝化抑制剂MHPP处理后，对中亚滨藜幼苗的影响。我们发现，MHPP处理后，中亚滨藜耐盐性显著提高，根系更加发达。进一步研究发现，MHPP除了作为生物硝化抑制剂，提高氮肥利用效率，还可能直接调控植物根系发育。这一研究丰富了本课题的研究主线（硝酸盐-----NO-----耐盐性），也为深入阐明氮素营养调控植物耐盐性提供了理论依据，以及盐碱地农业生产提供了技术支持。