荷花液泡膜型Na^＋/H^＋逆向转运蛋白基因NnNHX1的克隆与特性分析

采用简并引物和RACE等技术从荷花中分离出液泡膜型Na＋/H＋逆向转运蛋白基因NHX1的全长cDNA序列,命名为NnNHX1。该基因全长2237bp,预测其编码一个由538个氨基酸组成的多肽,其N-端是一个由11个跨膜结构组成的疏水区域,C-端是一个亲水的尾巴。序列比对表明,NnNHX1与葡萄NHX1等的同源性较高,并且都具有高度保守的氨氯吡嗪咪结合位点序列LFFIYLLPPI。系统进化树表明NnNHX1与液胞膜型Na＋/H＋逆向转运蛋白关系较近,而与质膜型Na＋/H＋逆向转运蛋白关系较远。qRT-PCR结果显示NnNHX1基因在植株中属于组成型表达,但经NaCl诱导后,根中NnNHX1的表达量急剧增高后又迅速下降,而叶中的表达量却先缓慢增加后又剧烈下降。     

菊芋Na+/H+逆向转运蛋白基因的克隆与表达分析

根据同源序列设计简并引物,通过RT-PCR及RACE的方法从菊芋中克隆了Na /H 逆向转运蛋白基因。序列分析表明,该基因全长2148 bp,开放读码框为1647 bp,可编码长549个氨基酸的多肽,与其它植物已克隆的Na /H 逆向转运蛋白具有很高的同源性。系统发育分析表明该蛋白(HtNHX1)与液泡型Na /H 逆向转运蛋白的亲缘关系较近,与质膜型Na /H 逆向转运蛋白亲缘关系较远。NaCl胁迫条件下RT-PCR检测结果表明,HtNHX1随NaCl浓度增加和处理时间延长表达持续增强,但到了第3天表达量开始下降。HtNHX1逆向转运蛋白基因的转录调控可能是决定菊芋耐盐能力的一个重要因素。     

长叶红砂液泡膜Na~+/H~+逆向转运蛋白基因的克隆及表达特性

为研究长叶红砂(Reaumuria trigyna)离子转运分子机制,利用RT-PCR和RACE技术,克隆到其液泡膜Na+/H+逆向转运蛋白基因(NHX1)的全长cDNA片段,命名为RtNHX1(NCBI序列号为KR919802)。结果表明:RtNHX1的cDNA片段全长2 622bp,开放阅读框1 662bp,5′非编码区509bp,3′非编码区451bp,编码553个氨基酸,推测分子量为60.91kD。该蛋白含有12个跨膜结构域,为疏水蛋白,与其他植物液泡膜Na+/H+逆向转运蛋白NHX1的亲缘关系较近。实时荧光定量PCR对其在NaCl胁迫下的表达检测显示,不同时间和不同浓度NaCl胁迫下,RtNHX1表达量变化均呈先升高后降低趋势,在100mmol/L NaCl胁迫6h和200mmol/L NaCl胁迫后达到最高,表达量分别超过或约是对照的3倍,一定程度反应出RtNHX1参与长叶红砂的盐胁迫应答,是该植物离子转运体系的重要元件。     

北美海蓬子SbNHX1基因耐盐性及功能结构域分析

对从北美海蓬子中分离的Na+/H+逆向转运蛋白基因SbNHX1进行了耐盐性及功能结构域分析.利用套叠PCR技术去除SbNHX1基因C末端162个核苷酸,得到SbNHX1-C基因,然后将SbNHX1、SbNHX1-C和拟南芥Na+/H+ 逆向转运蛋白基因AtNHX1分别插入pET22b(+)表达载体,转化大肠杆菌B菌株,进行各种金属盐离子胁迫分析.结果表明,北美海蓬子Na+/H+ 逆向转运蛋白基因SbNHX1只对Na+ 、K+离子有抗性,且耐盐性强于拟南芥Na+/H+ 逆向转运蛋白基因AtNHX1.缺失C末端的SbNHX1-C基因对Na+、K+离子胁迫无抗性,说明北美海蓬子Na+/H+ 逆向转运蛋白基因SbNHX1的耐盐作用与该基因C末端1 353 bp至1 514 bp的序列密切相关.     

盐处理下ZxSOS1调控旱生植物霸王Na~＋、K~＋转运蛋白基因的表达

本研究以多浆旱生植物霸王（Zygophyllum xanthoxylum）野生型（WT）及质膜Na＋/H＋逆向转运蛋白基因ZxSOS1-RNAi（RNA干扰）株系（L9）为材料,采用实时荧光定量PCR的方法分析了ZxSOS1被干扰后,霸王各组织中参与Na＋、K＋转运的重要通道或转运蛋白编码基因表达丰度的变化。结果显示,50 mmol·L-1 NaCl处理下,随处理时间延长,WT和L9根和茎中ZxSOS1和ZxSKOR、叶中ZxSOS1、ZxNHX和ZxVP1的表达丰度逐渐增加;ZxHKT1;1和ZxAKT1在WT根中的表达丰度呈增加趋势,而在L9根中则呈降低趋势;盐处理48 h后,L9株系中上述各基因的表达丰度均显著低于WT。由此从基因表达水平解析了ZxSOS1-RNAi株系叶和茎中Na＋的分配比例显著下降、根中显著增加,而K＋在其叶和根中的分配比例下降、茎中显著增加的调控机制。可见,ZxSOS1可通过调节各组织中参与Na＋、K＋转运的重要通道或转运蛋白编码基因的表达以调控霸王体内Na＋、K＋转运、空间分配和稳态平衡,进而调节植株的生长。     

NaCl胁迫对盐芥质膜和液泡膜ATPase活性的影响

以盐生植物盐芥和中生植物拟南芥幼苗为材料,研究了盐胁迫对它们叶片和根质膜、液泡膜H+-ATPase、Ca2+-ATPases和K+-ATPase活性以及H+-ATPase、Na+/H+ 逆向转运蛋白表达的影响.结果显示:在NaCl胁迫下,盐芥叶片和根质膜的H+-ATPase活性分别比对照显著升高41%～212%和35%～53%,液泡膜的H+-ATPase分别显著升高281%～373%和4%～38%,而拟南芥却比相应对照都显著降低;相同盐浓度胁迫下,盐芥叶片的H+-ATPase活性比根部高4～8倍,盐芥根也远高于拟南芥.在NaCl胁迫下,盐芥叶片和根的液泡膜H+-ATPase蛋白质β亚基含量变化与其酶活性变化趋势一致,质膜Na+/H+ 逆向转运蛋白的表达量与Na+含量变化趋势一致.盐胁迫下盐芥根中Ca2+-ATPases和K+-ATPase活性的增加与根中Ca2+和K+含量呈显著正相关.研究发现,在盐胁迫条件下,盐芥能有效增强H+-ATPase蛋白和Na+/H+逆向转运蛋白表达,显著提高其根系与叶片质膜和液泡膜的H+-ATPase、Ca2+-ATPase和K+-ATPase活性,维持细胞质中较高的Ca2+和K+水平,从而缓解盐胁迫的伤害,增强耐盐性.     

RLM-RACE法扩增獐茅液泡膜Na^＋/H^＋逆向转运蛋白基因5′-cDNA末端序列

根据已获得的盐生植物獐茅（Aeluropus littoralisvar.sinensisDebeaux）液泡膜Na^＋/H^＋逆向转运蛋白（Na＋/H＋antiporter）基因部分cDNA片段,设计2条特异引物（GSP1、GSP2）,采用RLM-RACE（RNA ligase-medi-ated rapid amplification of 5′and 3′cDNA ends）法获得了其5-′cDNA末端序列,并找出了转录起始位点。该片段长816 bp,与芦苇液泡膜Na^＋/H^＋逆向转运蛋白基因序列同源性最高达91%,与拟南芥、盐角草、水稻、大麦、小麦的同源性分别为81%、82%、86%、87%和81%,为该基因全长的克隆及启动子的研究奠定了基础。与其它测定基因转录起始位点的方法相比,RLM-RACE方法更快捷、简便、准确。     

花烟草NaNHX1基因的克隆及其在非生物胁迫下的表达模式

植物NHX家族基因,在植物的生长发育以及生物与非生物胁迫的应答反应中发挥着十分重要的作用。为了探究花烟草Na+/H+逆向转运蛋白的生理功能,为花烟草耐盐分子机制的研究提供参考。采用同源克隆的方法进行基因克隆,对花烟草进行非生物胁迫,并运用qPCR的方法进行基因表达模式分析。结果表明,从花烟草(Nicotiana alata)中克隆了一个属于Na+/H+逆向转运蛋白家族的基因NaNHX1。该基因的开放阅读框全长为1 599 bp,编码了532个氨基酸残基。生物信息学分析结果表明,该基因编码的蛋白分子量为58.4 kD,等电点为5.66;具有Na+/H+逆向转运蛋白家族典型的保守结构域NhaP2;该蛋白属于疏水性蛋白,包含10个跨膜区。NaNHX1基因主要定位于细胞质膜,并含有多个磷酸化位点。同源性分析的结果显示,NaNHX1基因与美花烟草(Nicotiana sylvestris)、茸毛烟草(Nicotiana tomentosiformis)以及番茄(Solanum lycoperisicum)NHX基因的亲缘关系最近,而与拟南芥的NHX基因同源性最低。NaNHX1基因的表达具有组织表达特异性,花中表达量最高,茎中次之,根和叶中表达量较低。在高盐、干旱、低温、ABA、低钾及H2O2等非生物胁迫下,NaNHX1的表达呈现3种不同的表达模式。其中,对高盐及低钾胁迫的响应强烈。本研究的结果表明,NaNHX1基因属于Na+/H+逆向转运蛋白家族,可能参与了花烟草高盐和低钾胁迫,以及其它非生物胁迫响应在内的众多生理过程。     

盐桦BhNHX的克隆及其与CaM在胁迫下的协同表达

以盐桦组培苗为材料,通过RACE技术克隆了液泡膜Na /H 反向运输体基因BhNHX,采用DNAman软件和BLASTN对cDNA序列进行分析并与其他植物的NHX基因进行同源性比较,最后对BhNHX和钙调蛋白基因(CaM)在各种胁迫条件下的协同表达进行半定量的RT-PCR分析.结果显示:(1)获得了BhNHX的全长cDNA序列,包含1 623 bp的开放阅读框架,编码一个540个氨基酸的多肽,有11个推测跨膜区,与已报道的液泡膜Na /H 反向运输载体蛋白跨膜区数目一致;(2)BhNHX的核酸序列与其他植物NHX具有较高同源性,与葡萄NHX序列一致性达到76%;(3)BhNHX和钙调蛋白基因CaM可同时被盐、低温、干旱所诱导;但ABA只能较明显诱导BhNHX的表达,而对CaM的诱导表达不明显.研究表明,在盐桦受到盐、低温及干旱胁迫时BhNHX和CaM可能协同表达,而在ABA诱导时两者可能具有不同的表达调控模式.     

拟南芥液泡膜Na+/H+逆向转运蛋白研究进展

盐分是植物生长发育的主要限制因素之一,而离子在胞内区室之间的选择性运动对提高植物耐盐性是至关重要的。来自于拟南芥(Arabidopsis thaliana)的AtNHX1基因可编码Na /H 逆向转运蛋白,而Na /H 逆向转运蛋白AtNHX1可将细胞质中多余的Na 排进液泡来消除Na 的毒害,维持细胞的渗透平衡,提高植物的耐盐性。简要综述了AtNHX1基因及Na /H 逆向转运蛋白AtNHX1的特征,AtNHX1的耐盐机制以及植物耐盐基因工程改良等方面的研究进展。     

不同阴离子对二色补血草盐腺Na＋分泌速率的影响

本文以二色补血草（Limonium bicolor）为实验材料,用Hoagland营养液和200mmol·L—NaCl、NaBr、NaNO3溶液分别处理12h,测定二色补血草盐腺的Na＋分泌速率、叶片Na＋含量和MDA（丙二醛）含量以及质膜透性,并利用非损伤微测技术探索可能与盐腺相关的转运蛋白,以探讨不同阴离子对二色补血草盐腺分泌Na＋的作用及其可能原因。结果表明：在NaCl处理12h时二色补血草叶片Na＋分泌速率达到最大,然后逐渐下降;不同钠盐处理下叶片Na＋分泌速率为NaCl〉NaBr=NaNO3〉Hoagland,而叶片Na＋含量NaBr〉NaCl〉NaNO3〉Hoagland;不同盐处理下叶片质膜透性和MDA含量无显著性差异;利用Na—K—C1共转运体专一性抑制剂bumetanide处理发现Na＋分泌速率显著降低。这些结果表明Na—K—Cl共转运体可能参与盐腺分泌Na＋。     

源于小孢子培养的大麦耐盐变异体获取

以大麦品种‘花30’作为供试材料,比较了甲基磺酸乙酯（EMS）和平阳霉素处理小孢子60Co γ-射线辐照处理离体穗和干种子,对300mg·L-1NaCl胁迫培养下游离小孢子的愈伤组织产量和愈伤组织在0.3％NaCl胁迫筛选下的绿苗产量的影响。结果表明,EMS处理离体小孢子和60Co γ-射线辐照千种子的愈伤组织产量和绿苗产量明显优于平阳霉素处理小孢子和60Co γ-射线辐照离体穗。以16份源于种子辐照处理的再生植株自交一代种子为供试材料,比较了在0．3％NaCl胁迫下种子的发芽率和幼苗的成活率以及植株的分蘖数、株高和单株产量。结果表明,‘花30’发芽率为0,供试的16份耐盐变异体中,有14份材料在NaCl胁迫下的发芽率优于‘花30’,鉴定出4份耐盐性明显优于‘花30’的变异体材料。选择耐盐变异体作为供试材料,测定了变异体中Na＋／H＋逆向转运蛋白基因NHXl、NHX2和NHX3和编码甜菜碱醛脱氢酶（BADH）的两个同工酶基因曰肋,和BBD2的表达模式和表达量,结果表明变异体耐盐性的提高与这些基因的表达量存在联系。     

抗盐胡杨Na+/H+逆向转运蛋白基因PeNhaD1的功能

将胡杨Na /H 逆向转运蛋白基因PeNhaD1,分别转入对盐敏感的缺失质膜和缺失液泡膜Na /H 逆向转运蛋白基因的酵母突变菌株ANT3和GX1中。结果表明,在pH6.0、Na 浓度为80mmol/L(固体培养基)或400mmol/L(液体培养基)的条件下,转化具有目的基因的酵母ANT3具有更高的耐盐性,而将目的基因转化到突变株GX1时,却不能提高其耐盐性。实验结果说明PeNhaD1可能是通过编码质膜Na /H 逆向转运蛋白而提高酵母的耐盐性的,推测其在胡杨耐盐机制中的作用可能是提高拒盐性。     

新疆3种藜科盐生植物NHX基因的克隆与序列分析比较

从新疆野生植物盐角草(Salicornia europaea)、盐爪爪(Kalidium foliatum)和盐穗木(Halostachys caspica)中分别克隆了约1.7kb的NHX基因cDNA片段,此片段均包含了NHX完整基因,三者之间有较高的同源性,盐角草NHX基因与盐爪爪NHX基因同源性达92.81%,盐角草与盐穗木同源性达92.19%,盐爪爪与盐穗木同源性达97.66%.它们与其它几种藜科盐生植物如滨藜、碱蓬、灰绿藜的NHX基因同源性也很高,达到80%以上,与拟南芥同源性也达到86%.此基因在植物尤其是藜科盐生植物中高度保守,其编码的功能性蛋白可能在影响植物耐盐中起作用.     

过量表达星星草PtSOS_1提高拟南芥的耐盐性

将星星草中分离的质膜型Na+/H+逆向转运蛋白基因PtSOS1(GenBank登录号EF440291)构建到pGWB2植物表达载体上,转化拟南芥,获得抗卡那霉素的抗性植株.PCR和Northern检测表明,PtSOS1已整合到拟南芥基因组中并过量表达.耐盐性实验表明,PtSOS1过量表达提高了拟南芥植株的耐盐性.盐分测定表明,盐胁迫下PtSOS1转基因植株中Na+积累低于野生型的,K+含量则高于野生型的,转基因植株中K+/Na+比值高于野生型.     

盐爪爪Na^＋/H^＋逆向转运蛋白和焦磷酸酶的亚细胞定位

将盐爪爪Na+/H+逆向转运蛋白基因(KfNHX1)和焦磷酸酶基因(KfVP1)分别构建至植物表达载体,利用基因枪介导的方法转化洋葱表皮细胞,通过荧光显微镜观察研究其亚细胞定位.结果表明,转化了KfNHX1(或KfVP1)-GFP融合蛋白的洋葱表皮细胞仅膜系统散发荧光,而对照组即未转入KfNHX1(或KfVP1)基因的细胞则整体均匀发出荧光.说明KfNHX1和KfVP1可能定位于细胞的膜系统,作为跨膜转运蛋白在离子的调控运输中发挥重要作用.     

新疆无苞芥Na~+/H~+逆向转运蛋白基因OpNHX1的克隆、表达分析与功能验证

从耐盐植物无苞芥中克隆获得了1个Na+/H+逆向转运蛋白基因NHX1,命名为OpNHX1(GenBank登录号:KC200248)。OpNHX1基因cDNA全长2 153 bp,包含一个1 605 bp的开放阅读框,编码534个氨基酸。系统进化树分析表明,OpNHX1编码产物与拟南芥、小盐芥亲缘关系较近,属于同一进化分支。实时荧光定量PCR分析表明,该蛋白基因在无苞芥根、茎、叶、花和荚果中均有表达,其中茎中表达量最高。半定量RT-PCR分析表明,该基因受高盐、干旱、低温及ABA的诱导上调表达。进一步将该基因在拟南芥中过量表达,显著提高了转基因植株在盐胁迫下的存活率,说明OpNHX1基因参与了植物的耐盐性。酵母功能互补试验结果显示,该基因转化酵母Δnhx1后可以补充NHX1的缺失,表明OpNHX1参与Na+/H+的转运。     

RLM-RACE法扩增獐茅液泡膜Na+/H+逆向转运蛋白基因5''-cDNA末端序列

根据已获得的盐生植物獐茅(Aeluropus littoralis var.sinensis Debeaux)液泡膜Na+/H+逆向转运蛋白(Na+/H+antiporter)基因部分cDNA片段,设计2条特异引物(GSP1、GSP2),采用RLM-RACE(RNA ligase-mediated rapid amplification of 5'and 3'cDNA ends)法获得了其5'-cDNA末端序列,并找出了转录起始位点.该片段长816 bp,与芦苇液泡膜Na+/H+逆向转运蛋白基因序列同源性最高达91%,与拟南芥、盐角草、水稻、大麦、小麦的同源性分别为81%、82%、86%、87%和81%,为该基因全长的克隆及启动子的研究奠定了基础.与其它测定基因转录起始位点的方法相比,RLM-RACE方法更快捷、简便、准确.     

梭梭Na+/H+逆向转运蛋白基因克隆及分析

采用RT-PCR、RACE方法从超旱生、耐盐植物梭梭中扩增出Na+/H+逆向转运蛋白基因的开放阅读框架,其核苷酸序列长1 683bp,推测的氨基酸序列全长为560个氨基酸残基。含有多个物种Na+/H+逆向转运蛋白基因的高度保守序列氨氯砒嗪脒的结合位点(LFFIYLIPPI)。序列一致性分析结果显示,该cDNA片段与同科植物NHX基因的一致性为70%～80%,但与不同科植物的一致性较低,仅为60%,表明该基因在进化上存在多样性,但它们都具有氨氯砒嗪脒结合位点,对Na+具有高度专一性,对植物的耐盐性起着重要作用。     

盐碱胁迫下碱地肤Na+/H+逆向转运蛋白基因KsNHX1表达分析

利用RACE技术得到碱地肤KsNHX1的3'cDNA序列,分子系统进化分析显示,KsNHX1为液泡膜Na+/H+逆向转运蛋白编码基因.通过半定量RT-PCR检测了该基因在盐碱胁迫下的表达,结果表明:200 mmol·L-1 NaCl胁迫2～24h,KsNHX1在叶片中表达量持续增加;200 mmol·L-1 NaCl处理10 h,KsNHX1在根、茎、叶和花中的表达都上调;不同浓度NaCl处理下,叶片中KsNHX1表达上调,160 mmol·L-1时达到最高;低于400 mmol·L-1浓度下,根中该基因的表达也都上调.经不同浓度Na2CO3胁迫,根中KsNHX1的表达变化趋势与相应浓度NaCl胁迫下的变化相同;但叶片中除160 mmol·L-1 Na,CO3处理下KsNHX1表达略有上调外,其他浓度下KsNHX1的表达都低于对照.KsNHX1的表达模式暗示,在不同盐碱胁迫下,碱地肤能够维持体内相对稳定的K+/Na+,其耐盐特性可能与Na+/H+逆向转运蛋白的作用密切相关.