泌盐盐生植物互花米草钠钾离子转运蛋白基因在植物泌盐中的功能及机制研究

Salt stress, a abiotic stress factor, can inhibit the growth and development and reduce the output of plant seriously. Research on the mechanism of plant response to salt stress at molecular level has been a hotpoint in recent years. Na+, K+ transport and homeostasis is a key factor of plant salt tolerance. SOS1, HKT1, NHX family and ENA1 have been suggested to be involved in Na+, K+ ion transport. Compared with glycophyte, halophytes may have some unique mechanism of salt tolerance. salt gland is an important structure in Spartina alterniflora, it can secret/eliminate the salt out of plant with high efficency and alleviate the damage caused by high salinity. To understand the mechanisms of ion transport and homeostasis in Spartina alterniflora, we isolate cDNAs for SOS1, HKT1, NHX and ENA1 homologous gene from Spartina alterniflora, and identify the function of these genes by using the RNAi, overexpression, subcellular localization and non- invasive ion-selective microelectrode technique.To get novel salt-secreting genes, We construct T-DNA mutant library of Spartina alterniflora. The use of these genes genetic transformation of main crops of rice for salt tolerance improved rice strains. These work can enrich the understanding of the mechanism of plant salt tolerance on molecular level, and it is helpful to the breeding of salt tolerance plants.

Na+、K+离子运输与均衡是植物耐盐性的关键因素，SOS1、HKT1、NHX家族成员和ENA1是目前所知参与调节植物体内Na+、K+运输的重要基因。对甜土植物相关基因功能的认识难以全面诠释盐生植物耐受高盐胁迫的机理。泌盐盐生植物互花米草具有盐腺结构，能以泌盐方式高效排出体内的盐分，Na+向其地上盐腺结构的转运及排出体外是该植物盐离子运输的特点，有别于非泌盐植物耐盐应答过程中的Na+运输调控。以互花米草为材料，探索参与泌盐过程的离子转运体，克隆互花米草SOS1、HKT1、NHX、ENA1的同源基因，通过过量表达、RNAi及非损伤微测技术测定盐腺中Na+、K+离子流的变化情况，阐明其在泌盐植物Na+、K+运输和泌盐过程中的作用，并通过构建T-DNA插入突变体库，寻找米草中参与泌盐的特异性离子转运体。遗传转化水稻，获得耐盐性提高的水稻品系，研究可丰富对植物离子运输、耐盐及泌盐机理的理解。

目前，以甜土植物拟南芥及其他非盐生植物为研究材料，对植物耐盐的生理和分子机理研究取得了一些重大进展，但遗憾的是，以盐生植物为材料揭示盐生植物耐盐机制的相关研究较少，尤其是泌盐盐生植物的泌盐分子机制研究尚属空白，盐腺是泌盐盐生植物最显著的形态结构特征，它负责将体内过多的盐分排出体外，在植物抗盐性中发挥重要作用。盐腺泌盐关键基因的克隆及功能研究也就成为未来植物抗盐机理中最有可能取得重大突破的领域之一。项目利用泌盐盐生植物互花米草和补血草为材料，研究其离子转运相关基因SOS1、HKT、NHXs和ENA1的功能，揭示泌盐盐生植物体内离子转运的机制和盐腺泌盐分子机理。项目开展的研究及取得的成果包括：（1）从泌盐盐生植物互花米草中克隆SaSOS1、SaHKT1、SaNHX1、SaNHX2和SaNHX3等基因，分析这些参与重要离子转运的基因在互花米草中的时空表达特性和盐胁迫应答特性；获得转SaSOS1、SaHKT1、SaNHX1、SaNHX2和SaNHX3基因的转基因拟南芥和水稻，根据转基因拟南芥和水稻抗盐鉴定结果，系统评价了SaSOS1、SaHKT1、SaNHX1、SaNHX2和SaNHX3基因在提高植物抗盐胁迫方面的应用价值。（2）通过兼并引物扩增和多种泌盐盐生植物转录组的生物信息学分析查找，探索了泌盐盐生植物中是否存在钠/钾泵（Na+/K+-ATPase）的编码基因，结果表明在所研究的泌盐盐生植物中未发现钠/钾泵（Na+/K+-ATPase）的编码基因。（3）研究SOS1、NHX、Rab7家族成员在泌盐盐生植物泌盐和耐盐中的作用，克隆泌盐植物中华补血草SOS1、NHX和Rab7等基因，对中华补血草SOS1、NHX1 RNAi转基因阳性植株的分子生物学鉴定和盐胁迫处理下的各种生理生化指标的测定，分析了Na+、K+离子转运基因在泌盐植物离子运输、膜泡运输相关基因Rab7在泌盐过程中的作用。研究可丰富对植物离子运输、耐盐及泌盐机理的理解。