植物耐盐相关基因克隆与转化研究进展

土地盐渍化是农作物产量降低的一个重要因素。从盐分对植物的伤害、植物耐盐的机理、耐盐相关基因的克隆及转耐盐基因植物等方面论述了植物的耐盐机理及转耐盐基因植物的研究现状,分析了耐盐性状的复杂性,并对前景进行了展望。     

番茄品种资源芽苗期和幼苗期的耐盐性及耐盐指标评价

对芽苗期和幼苗期番茄耐盐鉴定指标进行检验,明确番茄芽苗期和幼苗期耐盐性的相关性,筛选耐盐的番茄品种资源,以便为耐盐育种和栽培提供材料和方法.试验采用不同浓度的NaCl水溶液人工模拟盐胁迫,以多项指标盐害系数隶属函数值和总隶属函数值为依据,比较了20个番茄品种资源芽苗期和幼苗期的耐盐性及两个时期耐盐性的相关性,并利用单一指标盐害系数隶属函数值和总隶属函数值进行了聚类分类.结果表明:芽苗期和幼苗期番茄耐盐性有所不同,耐盐和中等耐盐材料相同率为53.85%.进行番茄耐盐性筛选时可以把发芽势、发芽率、发芽指数、萌发活力指数、下胚轴长、地上鲜重作为芽苗期耐盐鉴定指标,把地上部鲜重、根鲜重、地上部干重、根干重、壮苗指数、根/冠比作为幼苗期耐盐鉴定指标.     

耐盐转基因植物研究进展

高盐是限制作物生长、发育和产量的最严重的非生物胁迫之一。长期以来,改善作物的耐盐性一直是一个伟大的目标。然而,由于耐盐反应是一个极为复杂的过程,过去,通过传统的育种和遗传工程取得的成功有限。近十年来,由于分子生物学的发展,发现了一些与耐盐相关的新基因,对于这些基因的表达方式及其在耐盐反应中的作用已逐步得到了解,这为转基因工程提供了新的材料。通过控制耐盐相关基因在植物体内的表达,已获得了一些提高耐盐性的转基因植物,展示了诱人的前景,但该领域研究仍然存在许多困难和问题,文章重点讨论耐盐转基因植物的进展。     

番茄芽期耐盐QTL定位及其效应的初步分析

利用盐敏感番茄栽培种(Solanum lycopersicum)M82与耐盐番茄野生种(Solanum pennellii)LA716构建的渐渗系群体,对芽期耐盐QTL进行定位,并初步分析QTL遗传效应和互作效应.结果表明,分布在1、2、4、5、6、8、12等7条染色体上的10个QTL(Stq1、Stq2a、Stq2b、Stq2c、Stq4、Stq5、Stq6、Stq8a、Stq8b和Stq12)影响番茄芽期的耐盐性,这些QTL均来自耐盐野生种LA716.在盐胁迫条件下,它们较M82的发芽指数减少21.52%～36.22%.QTL遗传效应分析表明,有4个QTL(Stq1、Stq2c、Stq5和Stq8b)表现明显的显性效应,其余6个QTL(Stq2a、Stq2b、Stq4、Stq6、Stq8a和Stq12)均表现隐性效应,呈现典型的QTL互作小于加性的效应.实验结果为进一步精细定位和克隆番茄芽期耐盐基因以及番茄耐盐育种奠定了良好的基础.     

胆碱脱氯酶基因的转化及转基因番茄耐盐性的鉴定

采用PCR方法从E.coli TG1菌株中扩增得到胆碱脱氢酶（choline dehydrogenase,CDH）基因（betA),其氨基酸编码序列与文献中的资料一致,且能在原核表达载体pBV221中正确表达,并表现出活性。构建该基因的植物表达框架pRbA,经农杆菌介导叶圆盘法转化番茄,对转基因番茄的PCR、Southern、RT－PCR分析证实betA已整合到番茄基因组中,转基因番茄的耐盐性高于对照番茄。     

植物耐盐相关基因克隆的研究进展

随着植物分子生物学快速发展,植物耐盐性研究已深入到耐盐相关基因的克隆、基因的结构分析以及基因表达特性等领域.目前,耐盐相关基因的克隆工作进行的如火如荼,有很多植物的耐盐基因已经被克隆,这些已克隆的耐盐相关基因涉及盐胁迫信号传导、基因表达的调控因子、渗透调节物质、胚胎发育晚期丰富蛋白LEA(Late-embryogensiS-abundant)等,本文就盐胁迫涉及的信号传导基因、基因表达调控因子等的克隆研究进展作一简要概述.     

NaCl胁迫下不同番茄品种萌芽期耐盐性评价

为了对不同品种番茄的耐盐性进行筛选,对39个番茄品种种子萌发期的耐盐性进行鉴定,对番茄种子发芽率、发芽势、发芽指数、胚根度下胚轴长度等耐盐性指标进行分析,并分析了各番茄品种萌芽期的鲜重及干重百分率等.39个番茄品种中,表现最好的是LA2711和贵妃,在100 mmol L-1的NaCl盐溶液胁迫下两者的相对发芽率、发芽势、发芽指数、胚根以及下胚轴的生长速度等各项生理指标都明显强于其他的番茄品种,物质积累量较其他品种也有较突出的表现,番茄大红合作903、湘蔬一号(早抗一号)、红玉、东农709、中杂102、中杂8号、中粉王98-20、强丰、丽春、羞女、绿金蓝樱桃番茄为较耐盐的番茄品种.湘蔬六号(C90-6)、冀番系列番茄、金棚三号、早丰番茄、西安早红、佳粉15号、红秀霞光(东农711)、月光(东农708)、红霞、欧宝(美国红)、中杂105、日本樱桃番茄、粉红帅一号、白果强丰、东方红一号、毛粉802为耐盐力弱的番茄品种,其它品种为最不耐盐的品种.不同番茄品种之间的耐盐性差异较大,在番茄种子萌芽期可对其耐盐性进行快速鉴定.     

HAL1基因转化番茄及耐盐转基因番茄的鉴定

采用PCR方法 ,从啤酒酵母中扩增得到可调节植物细胞离子均衡的HAL1基因 ,克隆后序列分析表明 :其开放读码框全长 879bp ,编码一个 294个氨基酸的多肽 (分子量32kD)。构建含HAL1和NptⅡ嵌合基因的植物表达框架pRH ,三亲杂交后经农杆菌介导的叶圆盘法转化番茄 (中蔬 5号 ) ,在含卡那霉素的培养基上进行转化体的筛选。转基因番茄的PCR、Southern杂交、RT PCR检测以及鲜重、干重和Na⁺ 、K⁺ 含量的测定表明 :HAL1基因确已整合到一些转基因番茄的基因组中 ;且转基因植株的耐盐性提高。     

转HAL1基因番茄的耐盐性

利用农杆菌介导的叶盘法,把HAL1 基因转入番茄,Southern杂交检测得到转基因植株.耐盐实验表明, T1代转基因番茄在150 mmol/L的NaCl胁迫下仍有43%的发芽率,200 mmol/L的NaCl胁迫下发芽率为6%,而对照种子在100和150 mmol/L的NaCl胁迫下发芽率分别为11.0%和0.转基因番茄的电解质相对外渗率小于对照,而根冠比和叶绿素含量大于对照,转HAL1基因显著提高了番茄的耐盐性.盐胁迫下Na 、K 的累积状况表明,转基因番茄根、茎、叶的K /Na 均有所提高,根系的SK/Na增大,茎、叶的RSK/Na和RLK/Na减小,说明根系对K /Na 离子的选择吸收和运输能力加强.不但选择吸收K /Na ,而且表现出整株水平上的有利于耐盐的K /Na 区域化分配.     

利用花粉管通道技术培育番茄耐盐新种质

利用白花授粉后形成的花粉管通道分别将番茄耐盐野生近缘种Lycopersicon peruvianum LAlll、Lycopersicon cheesmanii LAl66、Lycopersicon pennellii LA716、Lycopersicon pimpinellifolium LA2184的总DNA及含来源于大麦LEA基因家族的HVAl基因的pBY520质粒DNA导人栽培番茄“鲜丰”及“矮黄”,获得了较为广泛的变异,经过对后代的选择培育获得了一批农艺性状优良的耐盐新种质,并已培育耐盐新品系1个;传统的叶色遗传与现代的PCR检测表明番茄通过花粉管通道导人外源DNA是可行的。     

甘油代谢对杜氏盐藻盐耐受性的调节

杜氏盐藻是迄今发现的世界上最耐盐的单细胞真核生物,能在0.05 mol/L至饱和NaCl浓度下正常生长,因此其耐盐机制倍受人们关注。研究发现,杜氏盐藻盐耐受性与甘油代谢密切相关。为此,我们综述其耐盐机制、甘油代谢调控、甘油代谢与盐耐受性关联性、甘油代谢重要酶的分子生物学研究等进展,希望对深入研究植物耐盐机制、培育耐盐作物新品种及开发甘油等高附加值次生代谢产物等研究提供有益帮助。     

甜菜耐盐性筛选及其幼苗对盐胁迫的响应

为了探讨甜菜耐盐机理、不同耐盐等级甜菜盐耐性机制差异,对40份甜菜品种（系）用300mmol·L-1NaCl胁迫处理,通过芽期相对盐害率和苗期盐害指数确定不同品种耐盐等级,将不同耐盐等级材料进行NaCl浓度梯度（150、300mmol·L-1）处理,测定植株鲜重、超氧化物歧化酶（SOD）活性、丙二醛（MDA）含量和叶片质膜透性。试验结果如下：40份甜菜材料经过芽期和苗期耐盐性筛选最终确定耐盐等级极强的品种（系）1份（‘KWS0143’）,耐盐等级强的品种（系）6份（‘ACERO’等）,耐盐等级中等的品种（系）14份（‘HI0183’等）,耐盐等级弱的品种（系）5份（‘OVITO’等）;在同一盐胁迫时间下,不同耐盐等级材料的植株鲜重随盐浓度的增加呈下降趋势,品种‘KWS0143’和‘ACERO’变化幅度较小,品种‘OVATIO’下降幅度最大;不同耐盐等级材料随盐浓度增加和胁迫时间延长超氧化物歧化酶（SOD）活性呈现先上升而后下降的趋势,耐盐性极强的品种酶活性显著高于其他耐盐等级材料;不同耐盐等级材料随盐浓度增加和胁迫时间延长丙二醛（MDA）含量和叶片质膜透性均呈上升趋势,耐盐等级弱的品种（系）明显高于其他各个材料。     

Evaluation and Exploration of Favorable QTL Alleles for Salt Stress Related Traits in Cotton Cultivars (G. hirsutum L.)

Soil salinization is one of the major problems in global agricultural production. Cotton is a pioneer crop with regard to salt stress tolerance, and can be used for saline-alkali land improvement. The large-scale detection of salt tolerance traits in cotton accessions, and the identification of elite quantitative trait loci (QTLs)/genes for salt-tolerance have been very important in salt tolerance breeding. Here, 43 advanced salt-tolerant and 31 highly salt-sensitive cultivars were detected by analyzing ten salt tolerance related traits in 304 upland cotton cultivars. Among them, 11 advanced salt-tolerance and eight highly salt-sensitive cultivars were consistent with previously reported results. Association analysis of ten salt-tolerance related traits and 145 SSRs was performed, and a total of 95 significant associations were detected; 17, 41, and 37 of which were associated with germinative index, seedling stage physiological index, and four seedling stage biochemical indexes, respectively. Of these associations, 20 SSR loci were simultaneously associated with two or more traits. Furthermore, we detected 117 elite alleles associated with salt-tolerance traits, 4 of which were reported previously. Among these loci, 44 (37.60%) were rare alleles with a frequency of less than 5%, 6 only existed in advanced salt-tolerant cultivars, and 2 only in highly salt-sensitive cultivars. As a result, 13 advanced salt-tolerant cultivars were selected to assemble the optimal cross combinations by computer simulation for the development of salt-tolerant accessions. This study lays solid foundations for further improvements in cotton salt-tolerance by referencing elite germplasms, alleles associated with salt-tolerance traits, and optimal crosses.     

植物耐盐研究进展

综述了盐胁迫对植物的损伤和其中的各种生理生化过程,以及植物在抵抗盐胁迫过程中的耐盐机理。新的研究成果表明,植物自身的miRNA可能在植物抗逆境过程中起到了重要作用,甲基化过程参与了抗逆境相关的甜菜碱等小分子有机物质的合成。     

Phytochrome-mediated Carotenoids Biosynthesis in Ripening Tomatoes

Red light induced and far red light inhibited carotenoid biosynthesis in ripening tomatoes (Lycopersicon esculentum Mill.) when compared to controls kept in the dark. Red illumination following far red illumination reversed the inhibitory action of far red light on carotenoid biosynthesis, suggesting a phytochrome-mediated process. Quantitation of individual carotenoids favored the hypothesis of two separate carotenoid biosynthetic pathways in tomatoes.     

Physiological and Biochemical Characteristics and Response Patterns of Salinity Stress Responsive Genes (SSRGs) in Wild Quinoa (<i>Chenopodium quinoa</i> L.)

Cultivating salt-tolerant crops is a feasible way to effectively utilize saline-alkali land and solve the problem of underutilization of saline soils. Quinoa, a protein-comprehensive cereal in the plant kingdom, is an exceptional crop in terms of salt stress tolerance level. It seems an excellent model for the exploration of salt-tolerance mechanisms and cultivation of salt-tolerant germplasms. In this study, the seeds and seedlings of the quinoa cultivar Shelly were treated with different concentrations of NaCl solution. The physiological, biochemical characteristics and agronomic traits were investigated, and the response patterns of three salt stress-responsive genes (SSRGs) in quinoa were determined by real-time PCR. The optimum level of stress tolerance of quinoa cultivar Shelly was found in the range of 250–350 mM concentration of NaCl. Salt stress significantly induced expression of superoxide dismutase (SOD), peroxidase (POD), and particularly betaine aldehyde dehydrogenase (BADH). BADH was discovered to be more sensitive to salt stress and played an important role in the salt stress tolerance of quinoa seedlings, particularly at high NaCl concentrations, as it displayed upregulation until 24 h under 100 mM salt treatment. Moreover, it showed upregulation until 12 h under 250 mM salt stress. Taken together, these results suggest that BADH played an essential role in the salt-tolerance mechanism of quinoa. Based on the expression level and prompt response induced by NaCl, we suggest that the BADH can be considered as a molecular marker for screening salt-tolerant quinoa germplasm at the early stages of crop development. Salt treatment at different plant ontogeny or at different concentrations had a significant impact on quinoa growth. Therefore, an appropriate treatment approach needs to be chosen rationally in the process of screening salt-tolerant quinoa germplasm, which is useful to the utilization of saline soils. Our study provides a fundamental information to deepen knowledge of the salt tolerance mechanism of quinoa for the development of salt-tolerant germplasm in crop breeding programs.     

马铃薯耐盐性的研究进展

土壤盐渍化已是影响全球农业生产和土地资源可持续利用的主要问题之一。近些年马铃薯的种植面积不断扩大,比重逐年上升,而马铃薯却是一种对盐中度敏感的作物,盐渍化对其造成严重的危害,因此研究马铃薯的耐盐性势在必行。本文对国内外马铃薯耐盐性筛选、生长发育、生理生化特性、耐盐途径、转基因耐盐马铃薯的研究及其二倍体马铃薯种质资源的利用和展望进行了综述。     

转基因番茄口服疫苗的现状,问题及对策

日趋成熟的植物基因工程技术为转基因植物口服疫苗的研究提供了基础并带来了广阔的发展前景.番茄是最常用的转基因植物受体材料之一,可以直接生食避免了加热过程对外源蛋白的损伤.随着转基因植物免疫保护机制的进一步阐明以及国际番茄基因组测序计划的完成,转基因番茄口服疫苗的发展也迎来了新的机遇.但与此同时,我们也应看到转基因番茄口服疫苗仍存在诸多不确定的因素,如外源蛋白表达量不高、口服时可能被消化以及转基因植物安全性问题等.如何成功解决这些问题将成为转基因番茄口服疫苗发展过程中的重大考验.综述了植物口服疫苗这一概念出现后的近二十年中,番茄作为受体材料研制口服疫苗的现状,问题及对策,旨在为转基因番茄口服疫苗的进一步研究提供思路.