盐生资源植物辽宁碱蓬耐盐相关NAC转录因子基因克隆与功能鉴定

Halophytes have many salt tolerance mechanism to respond salt stress and to ensure the normal growth in saline environment. It is very important for using halophyte resources to clone plant salt-related genes or transcription factors and apply them in transgenic plants. The plant-specific NAC (NAM, ATAF1/2, CUC2) transcription factors play diverse roles in plant development and stress responses. We have obtained 6 ESTs of NAC transcription factor genes from Suaeda liaotungensis transcriptome. The expression of these 6 ESTs were salt-inducible. Basing on the previous work, this project will be performed on studying of 2 NAC genes. The full length cDNA of these 2 NAC genes will be cloned by Rapid Amplification of cDNA Ends(RACE). The expression profiles of the NAC genes in Suaeda liaotungenis under salt stress will be detected by Real Time RT-PCR. The subcellular localization of the NACs will be determined through transient expression in onion epidermis cell. The transactivative function of the NACs will be assayed by yeast one-hybride system. And the salt tolerant function will be analyzed by overexpressing in transgenic Arabidopsis. Finally, we will analyze the downstream genes regulated by NAC transcription factor by gene chip. The study not only contributes to understanding of salt tolerance mechanism in halophytes, but also lay a foundation for cultivating salt-tolerant crops.

盐生植物有诸多耐盐机制响应盐胁迫，保证其在盐渍环境下正常生长。克隆盐生植物耐盐相关基因及转录因子并加以应用，对拓宽耐盐资源至关重要。NAC 是高等植物特有的一类转录因子，在多个生长发育和胁迫应答中发挥着重要作用。本课题组前期从盐生植物辽宁碱蓬转录组中获得了6个盐诱导表达的NAC转录因子 EST序列。本项目拟对其中的2个NAC转录因子基因进行研究。RACE法克隆各NAC基因；Real-Time RT-PCR分析盐胁迫条件下各NAC基因在辽宁碱蓬中的表达；洋葱表皮细胞瞬时表达明确各NAC基因编码蛋白的亚细胞定位；酵母单杂交鉴定各NAC转录因子的转录激活作用；拟南芥中过表达分析各NAC基因的耐盐功能；基因芯片等方法分析该NAC转录因子调控的下游基因。上述研究不仅有助于对盐生植物耐盐机制的理解，而且也将为耐盐作物培育奠定基础。

本研究采用 RACE 法获得了辽宁碱蓬 SlNAC1、SlNAC2 cDNA 序列，SlNAC1 (Genbank No. KC176074) cDNA 全长1456 bp，ORF 1011 bp，编码 336 aa，具有 NAC 结构域，属于 TIP 亚家族；SlNAC2 (GenBank No. KC460341) cDNA 全长 1458 bp，ORF 906 bp，编码 301 aa，具有 NAC 结构域，属于 ATAF 亚家族。实时定量 PCR 法分析了盐胁迫下 SlNAC1、SlNAC2 在辽宁碱蓬中的表达特性，SlNAC1、SlNAC2 受盐诱导表达，SlNAC1、SlNAC2 基因可能与耐盐有关。洋葱表皮细胞瞬时表达分析了SlNAC1、SlNAC2基因编码蛋白的亚细胞定位，SlNAC1、SlNAC2 基因编码蛋白定位于细胞核中，可能行使转录因子功能。酵母单杂交鉴定了 SlNAC1、SlNAC2 转录因子的转录激活作用，SlNAC1、SlNAC2 在酵母细胞中具有转录激活活性。拟南芥中过表达分析了 SlNAC1、SlNAC2 基因的耐盐功能，SlNAC1、SlNAC2 基因提高了转基因拟南芥的耐盐性。基因芯片法分析了 SlNAC2 转录因子调控的下游基因，转 SlNAC2 基因拟南芥中 344 个基因上调表达，319 个基因下调表达，其中与盐胁迫相关的基因有待于进一步鉴定。. 上述研究结果表明，SlNAC1、SlNAC2 为辽宁碱蓬 NAC 转录因子家族中耐盐相关的两个成员，其通过调控下游基因的表达提高植物的耐盐性。该研究为揭示植物耐盐机制、培育耐盐作物奠定了基础；也为辽宁碱蓬其他 NAC 家族成员的研究提供了途径。