盐生植物耐盐分子机制的研究进展

盐生植物是研究植物耐盐分子机制和分离耐盐基因的良好材料,可以反映植物对盐胁迫的适应策略。综述盐生植物响应盐胁迫的转录因子、渗透平衡调节、离子平衡调节、氧化还原平衡调节、光合作用调节及代谢变化,反映盐生植物在多个方面适应盐胁迫的策略。此外,还对盐生植物耐盐分子机制的研究前景作了展望。     

植物耐盐蛋白的研究

植物耐盐蛋白的研究邵宏波,初立业（四平师范学院生物工程研究所,吉林四平１３６０００）关键词植物耐盐蛋白迄今为止,世界上还没有真正育成一种耐盐的作物品种。究其原因,就是不了解植物耐盐的分子生物学基础。近年来,有关植物在盐胁迫条件下基因表达变化的研究引起...     

盐芥响应盐胁迫的分子机制研究进展

盐生植物盐芥是拟南芥的近缘物种,具有极强的耐盐能力,是很有研究前景的新兴耐盐模式植物.该文主要从离子平衡(Na+的吸收、外排、区隔化)、渗透平衡和过氧化物清除3个方面对近年来国内外有关盐芥耐盐分子机制的研究进展进行综述,以阐述盐芥植物对于盐胁迫反应的生理及分子机制.     

植物盐胁迫应答蛋白质组学研究的技术策略

土壤盐渍化是限制植物生长和分布的关键因素之一.揭示植物响应盐胁迫的分子机理是借助分子生物学手段提高植物耐盐性的基础,也是当前植物生理与分子生态学研究的热点问题.高通量的蛋白质组学技术体系包括双向电泳技术、蓝色自然胶电泳技术、双向荧光差异凝胶电泳技术、液相色谱技术,以及各种生物质谱技术,已经被广泛应用于植物应答盐胁迫研究,为解析植物耐盐分子机制提供了重要信息.本文综述了应用于植物盐胁迫响应蛋白质组学研究的技术策略.     

梭梭甜菜碱醛脱氢酶基因克隆及序列分析

采用RT-PCR、RACE等方法从超旱生、耐盐植物梭梭(Haloxylon ammodendron)中扩增出BADH基因的cDNA序列(命名为HaBADH),其开放阅读框为1 503 bp,推测的氨基酸序列全长为500个氨基酸残基,并含有醛脱氢酶所具有的高度保守的十肽(VTLELGGKSP)以及与酶功能有关的半胱氨酸残基(C).其核苷酸序列与藜科几种盐生植物如盐爪爪(Kalidium foliatum)、中亚滨藜(Atriplex centralasiatica)、三角叶滨藜(Atriplex triangularis)、菠菜(Spinacia oleracea)、山菠菜(Atriplex hortensis)和甜菜(Beta vulgaris)等的相似性均在85%以上,推导编码蛋白的氨基酸序列一致性均在87%以上,表明BADH基因在藜科植物中是一种比较保守的基因.研究结果为进一步从分子水平探明梭梭的抗旱、耐盐机制,挖掘并利用植物抗逆基因奠定基础.     

植物耐盐性研究进展

本文以植物对盐分的吸收、运输、分配及其调节为中心,从整体、器官、细胞和分子等不同层次上,概述近年来有关植物盐害和耐盐机理的研究进展,降低地上部盐分含量和提高细胞耐盐性的形态、结构及生理基础。同时,介绍了抗盐遗传工程的研究近况。     

大叶藻耐盐机理的研究进展

大叶藻(Zostera marina)是典型的海洋盐生植物和重要的盐生植物资源,本文从形态、生理和分子三个方面叙述了大叶藻对高盐环境的响应。传统研究多以形态结构的适应和生理机制的调节为主;随着高通量测序技术的不断发展和大叶藻基因组序列信息的相继公布,涉及其分子机制方面的研究日渐增多,为研究典型耐盐植物的耐盐机理提供研究基础。     

MicroRNA在植物抵御盐胁迫过程中的作用

盐胁迫是植物生长发育过程中的重要限制因子,可影响植物器官发育、形态建成、信号转导等各个环节,严重时会导致植物死亡。MicroRNA(miRNA)是一类长约19-25 nt的非编码单链RNA分子,越来越多的研究发现,在植物抵御盐胁迫过程中,miRNA可通过参与调控植物种子萌发、器官发育、形态建成、活性氧清除等过程发挥重要作用。对在植物抵御盐胁迫过程中发生响应的miRNA进行综述,旨在为植物耐盐机制研究和植物耐盐分子育种提供参考。     

盐生植物盐爪爪甜菜碱醛脱氢酶基因的克隆及在盐胁迫下的BADH基因的表达

根据已发表的几种藜科植物甜菜碱醛脱氢酶(BADH)基因的同源保守区设计了一对引物,采用RT-PCR方法从盐生植物盐爪爪(Kalidium foliatum)中扩增出BADH基因的1个开放阅读框架,其核苷酸序列长1503bp,推测的氨基酸序列全长为500个氨基酸残基。核苷酸序列与藜科几种盐生植物如滨藜、碱蓬、菠菜、山菠菜和甜菜等的同源性为81%,与甜土植物水稻的同源性为69%。氨基酸序列与以上两类植物(盐生植物和甜土植物)的同源性比对为80%和71%,说明BADH基因在藜科盐生植物中是一种较高保守的基因。BADH基因编码的多肽在高等植物中行使重要的功能。用不同浓度的NaCl胁迫处理盐爪爪植株,BADHmRNA的表达水平比对照植株高,说明盐爪爪BADH基因的表达受盐诱导,间接说明甜菜碱醛脱氢酶催化合成的甜菜碱作为渗透调节的小分子物质,它的积累与盐胁迫存在紧密关联,本研究为进一步从生理和分子水平阐明盐爪爪的耐盐机制提供一定的参考。     

盐生植物盐爪爪甜菜碱醛脱氢酶基因的克隆及在盐胁迫下的BADH 基因的表达

根据已发表的几种藜科植物甜菜碱醛脱氢酶(BADH) 基因的同源保守区设计了一对引物, 采用RT-PCR 方法从盐生植物盐爪爪( Kalidium foliatum) 中扩增出BADH 基因的1 个开放阅读框架, 其核苷酸序列长1 503 bp , 推测的氨基酸序列全长为500 个氨基酸残基。核苷酸序列与藜科几种盐生植物如滨藜、碱蓬、菠菜、山菠菜和甜菜等的同源性为81% , 与甜土植物水稻的同源性为69%。氨基酸序列与以上两类植物(盐生植物和甜土植物) 的同源性比对为80% 和71% , 说明BADH 基因在藜科盐生植物中是一种较高保守的基因。BADH 基因编码的多肽在高等植物中行使重要的功能。用不同浓度的NaCl 胁迫处理盐爪爪植株, BADH mRNA 的表达水平比对照植株高, 说明盐爪爪BADH 基因的表达受盐诱导, 间接说明甜菜碱醛脱氢酶催化合成的甜菜碱作为渗透调节的小分子物质, 它的积累与盐胁迫存在紧密关联, 本研究为进一步从生理和分子水平阐明盐爪爪的耐盐机制提供一定的参考。     

Physiological and molecular mechanisms of plant salt tolerance

Salt tolerance is an important economic trait for crops growing in both irrigated fields and marginal lands. The plant kingdom contains plant species that possess highly distinctive capacities for salt tolerance as a result of evolutionary adaptation to their environments. Yet, the cellular mechanisms contributing to salt tolerance seem to be conserved to some extent in plants although some highly salt-tolerant plants have unique structures that can actively excrete salts. In this review, we begin by summarizing the research in Arabidopsis with a focus on the findings of three membrane transporters that are important for salt tolerance: SOS1, AtHKT1, and AtNHX1. We then review the recent studies in salt tolerance in crops and halophytes. Molecular and physiological mechanisms of salt tolerance in plants revealed by the studies in the model plant, crops, and halophytes are emphasized. Utilization of the Na⁺ transporters to improve salt tolerance in plants is also summarized. Perspectives are provided at the end of this review.     

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。     

Biological features and regulatory mechanisms of salt tolerance in plants

Halophytes play a vital role in saline agriculture because these plants are necessary to increase the food supply to meet the demands of the growing world population. In addition, the transfer of salt-resistance genes from halophytes using genetic technologies has the potential to increase the salt tolerance of xerophytes. Characterization of some particularly promising halophyte model organisms has revealed the important new insights into the salt tolerance mechanisms used by plants. Numerous advances using these model systems have improved our understanding of salt tolerance regulation and salt tolerance-associated changes in gene expression, and these mechanisms have important implications for saline agriculture. Recent findings provide a basis for future studies of salt tolerance in plants, as well as the development of improved strategies for saline agriculture to increase yields of food, feed, and fuel crops.     

Developing salt tolerant plants in a new century: a molecular biology approach

Soil salinity is a major abiotic stress in plant agriculture strongly, influencing plant productivity world-wide. Classical breeding for salt tolerance in crop plants has been attempted to improve field performance without success. Therefore, an alternative strategy is to generate salt tolerant plants through genetic engineering. Several species and experimental approaches have been used in order to identify those genes that are important for salt tolerance. Due to high level of salt tolerance, halophytes are good candidates to identify salt tolerance genes. However, other species such as yeast and glycophytes have also been employed. Three approaches are commonly used to identify genes important for salt tolerance. The first approach is to identify genes involved in processes known to be critical for salt tolerance (osmolyte synthesis, ion homeostasis, etc.). The second approach is to identify genes whose expression is regulated by salt stress. This is relatively simply and applicable to any plant species. Genetic amenability of some species allows the third approach, which consists in the identification of salt tolerance determinants based on functionality. At the moment, there is a large number of reports in the literature claiming that plants with increased salt tolerance have been obtained. The main problem is that different plant species, stage of development, organs, promoters and salt conditions used it is difficult to compare the degree of salt tolerance conferred by different genes. In this review, we discuss progress made towards understanding the molecular elements involved in salt stress responses that have been used in transgenic approaches to improve salt tolerance.     

渗透胁迫调节的转基因表达对植物抗旱耐盐性的影响

干旱和盐渍是影响植物生长和农作物产量的最重要的环境因子。本文综述了近年来通过超量表达低分子量化合物和渗透胁迫保护蛋白等获得抗旱耐盐转基因植物的报道,旨在系统阐述转基因表达对植物抗旱耐盐性的影响。     

渗透胁迫调节的转基因表达对植物抗旱耐盐性的影响

干旱和盐渍是影响植物生长和农作物产量的最重要的环境因子,本文综述了近年来通过超量表达低分子量化合物和渗透肋迫保护蛋白等获得抗旱耐盐转基因植物的报道,旨在系统阐述转基因表达对植物抗旱耐盐性的影响。     

The involvement of wheat U‐box E3 ubiquitin ligase TaPUB1 in salt stress tolerance

U‐box E3 ubiquitin ligases play important roles in the ubiquitin/26S proteasome machinery and in abiotic stress responses. TaPUB1‐overexpressing wheat (Triticum aestivum L.) were generated to evaluate its function in salt tolerance. These plants had more salt stress tolerance during seedling and flowering stages, whereas the TaPUB1‐RNA interference (RNAi)‐mediated knock‐down transgenic wheat showed more salt stress sensitivity than the wild type (WT). TaPUB1 overexpression upregulated the expression of genes related to ion channels and increased the net root Na⁺ efflux, but decreased the net K⁺ efflux and H⁺ influx, thereby maintaining a low cytosolic Na⁺/K⁺ ratio, compared with the WT. However, RNAi‐mediated knock‐down plants showed the opposite response to salt stress. TaPUB1 could induce the expression of some genes that improved the antioxidant capacity of plants under salt stress. TaPUB1 also interacted with TaMP (Triticum aestivum α‐mannosidase protein), a regulator playing an important role in salt response in yeast and in plants. Thus, low cytosolic Na⁺/K⁺ ratios and better antioxidant enzyme activities could be maintained in wheat with overexpression of TaPUB1 under salt stress. Therefore, we conclude that the U‐box E3 ubiquitin ligase TaPUB1 positively regulates salt stress tolerance in wheat.     

甜菜碱与植物耐盐基因工程

向非甜菜碱积累植物导入甜菜碱合成途径是提高植物耐盐性的策略之一。甜菜碱是一种无毒的有机小分子化合物。盐胁迫下 ,它能在植物细胞中迅速积累以维持细胞的渗透平衡 ,并对胞内的一些重要酶类起保护作用。编码甜菜碱合成酶的基因已被克隆 ,并应用于植物耐盐基因工程。本文介绍了甜菜碱的生理作用、合成酶及相关基因的特性 ,并结合本实验室的工作对甜菜碱基因工程及其进展作了简单的综述     

植物对盐碱胁迫的响应机制研究进展

盐碱胁迫是制约植物生长发育的主要非生物胁迫之一,也是制约农作物生产和生态环境建设的严峻问题。研究作物的耐盐碱机理,对开发和有效利用盐碱地有重要的现实意义。许多研究将盐碱胁迫笼统称为盐胁迫,实际上这是两种不同的非生物胁迫,且碱胁迫对植物的伤害要大于盐胁迫。总结性阐述了盐碱胁迫对植物的危害。从生物量、光合作用、离子平衡和膜透性等方面分析了植物对盐碱胁迫的响应机制,并结合最新研究从多角度综述了植物的抗盐碱机理,包括合成渗透调节物质、提高抗氧化酶活性、对离子的选择性吸收及p H平衡和诱导抗盐碱相关基因表达。提出了抗盐碱性的途径,即外源物质的加入、与真菌的协同效应、利用生物技术手段、培育耐盐碱品种和抗性锻炼。最后针对植物适应盐碱逆境方面的研究进行了展望,提出了当前研究需要解决的问题和突破口,旨在为提高植物耐盐碱能力、增加作物产量提供一定的理论依据。