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.     

Na+/H+ 逆向转运蛋白与植物耐盐性关系

Na+/H+ 逆向转运蛋白与植物的耐盐性有密切的关系。在高等植物体内,主要存在两种Na+/H+ 逆向转运蛋白,分别为位于细胞质膜上的逆向转运蛋白SOS1,以及存在于液泡膜上的AtNHX1。质膜Na+/H+ 逆向转运蛋白主要负责Na+ 的外排,液泡膜Na+/H+ 逆向转运蛋白主要负责把Na+ 区隔化入液泡。过量表达质膜Na+/H+ 逆向转运蛋白SOS1或液泡膜Na+/H+ 逆向转运蛋白AtNHX1能够明显提高植物的耐盐性。本文对植物中Na+/H+ 逆向转运蛋白及其与植物耐盐性之间的关系研究最新进展作一概述。     

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。     

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。     

香蕉MaNHX5关键耐盐氨基酸位点的鉴定及验证

为提高香蕉NHX基因的耐盐性,从巴西蕉(Musa acuminata L. AAA group)中克隆到一个MaNHXs基因家族的MaNHX5基因,利用生物信息学方法预测了Ma NHX5关键耐盐氨基酸位点和突变前后蛋白质结构的变化,通过定点突变技术将Ma NHX5蛋白的276位丝氨酸(S)成功突变为天冬氨酸(D),利用AXT3盐敏感突变酵母进行功能回补试验。结果表明,将突变后的MaNHX5基因转入AXT3盐敏感突变酵母,200 mmol/L NaCl处理下,突变酵母耐盐性显著提高。由此推测Ma NHX5蛋白的Ser276对香蕉Na+跨液泡膜运输起重要作用。     

植物Na+/H+逆向转运蛋白研究进展

盐胁迫主要由Na 引起,过高的Na 浓度引起的离子毒害,渗透胁迫和K ／Na 比率的不平衡使植物新陈代谢异常,这是对大多数器官造成伤害的原因。植物抵御盐胁迫的主要方式是将细胞内过多的Na 从质膜向细胞外排放和将Na 在液泡中区隔化,这一过程是由Na ／H 逆向转运蛋白完成的。本文概述了植物中Na ／H 逆向转运蛋白的发现、特征、分子生物学方面的研究,以及Na ／H 逆向转运蛋白在植物耐盐性中的重要作用。     

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。     

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.     

一氧化氮调节盐胁迫下小麦幼苗根部质膜H+-ATPase和焦磷酸酶活性提高耐盐性

采用外源一氧化氮(NO)供体硝普钠(SNP)研究了NO对盐胁迫下小麦(Triticum aestivum L.)幼苗耐盐性的影响.结果表明,0.1 mmol/L SNP处理显著缓解了1 50 mmol/L NaCl胁迫对小麦幼苗生长的抑制效应,包括水分丧失以及叶绿素降解,从而提高了小麦幼苗的耐盐性.进一步结合1 mg/mL血红蛋白处理则显著逆转了SNP诱导的上述效应;利用亚硝酸钠和铁氰化钾作为对照也证实了NO对小麦幼苗耐盐性的专一性调节作用,并可能与NO对小麦幼苗根部质膜H -ATPase和焦磷酸酶活性诱导有关.此外,尽管NO显著提高了盐胁迫下小麦幼苗根部细胞质膜H -ATPase和焦磷酸酶的ATP水解活性,但是对跨膜H 转运则没有明显影响.应用外源CaSO4和EGTA处理也证实,Ca2 可能在NO诱导的质膜H -ATPase和焦磷酸酶活性的提高过程中起信号作用.另外,分析盐胁迫下小麦幼苗根部Na 和K 含量的变化也发现,NO对Na 含量没有明显影响,但是却显著提高了K 水平和K /Na 比,这可能也是NO提高小麦幼苗耐盐性的原因之一.     

植物Na+/H+逆向转运蛋白研究进展

盐胁迫主要由Na+引起,过高的Na+浓度引起的离子毒害,渗透胁迫和K+/Na+比率的不平衡使植物新陈代谢异常,这是对大多数器官造成伤害的原因。植物抵御盐胁迫的主要方式是将细胞内过多的Na+从质膜向细胞外排放和将Na+在液泡中区隔化,这一过程是由Na+/H+ 逆向转运蛋白完成的。本文概述了植物中Na+/H+ 逆向转运蛋白的发现、特征、分子生物学方面的研究,以及Na+/H+ 逆向转运蛋白在植物耐盐性中的重要作用。     

欧洲山杨液泡膜Na+/H+ 反向运输体的性质鉴定

植物液泡膜Na /H 反向运输体可将细胞质中的Na 转运到液泡内储存,以减少胞内Na 的毒性.但木本植物如杨树是否有同样的机制目前还不清楚.以欧洲山杨的愈伤组织为材料,捣碎破碎愈伤组织细胞,经过差速离心和不连续蔗糖梯度离心得到纯化的欧洲山杨液泡微囊.通过液泡V-ATPase建立质子梯度,该液泡能够利用此梯度调控Na 的转运,表明液泡膜上存在Na /H 反向运输体活性(表观米氏常数Km是11.4mmol/L).Na /H 反向运输体的抑制剂——氨氯吡嗪咪能明显抑制转运体的活性.该Na /H 反向运输体也可以转运K ,但亲和能力比Na 低30%.该结果首次证明木本植物的液泡膜上存在Na /H 反向运输体.初步功能研究表明,愈伤组织在盐胁迫条件下,Na /H 反向运输体活性明显下降,提示该机制可能与山杨不耐盐有关.     

Antiporter Gene from Hordum brevisubulatum (Trin.) Link and Its Overexpression in Transgenic Tobaccos

A vacuolar Na /H antiporter cDNA gene was successfully isolated from Hordeum brevisubulatum (Trin.) Link using the rapid amplification of cDNA ends (RACE) method. The gene was named HbNHX1 and was found to consist of 1 916 bp encoding a predicted polypeptide of 540 amino acids with a conserved amiloride-binding domain. Phylogenetic tree analysis of the Na /H antiporters showed that the HbNHX1gene shares 55.3%-74.8% similarity with the vacuolar-type Na /H antiporters. Transgenic tobaccos that contain the HbNHX1 gene, integrated by forward insertion into the tobacco genome, were obtained via Agrobacterium tumerfaciens and characterized for the determination of the concentration of Na and K ions, as well as proline, in the presence of 300 mmol/L NaCl. The T1 transgenic plants showed more tolerance to salt and drought than did wild-type plants. Our data suggest that overexpression of the HbNHX1 gene could improve the tolerance of transgenic tobaccos to salt and drought through the function of the vacuolar Na /H antiporter.     

在胡杨NHX基因内发现细菌转座子IS10-L的存在

采用RT-PCR扩增的方法,从新疆不同地区的野生植物胡杨中分别克隆获得lkb和2．3kb的cDNA片段,测序和序列分析表明这两个基因片段均包含NHX基因的部分读码框架,分别命名为PtNHX和PwNHX。PtNHX序列同源性分析结果显示胡杨NHX基因与滨藜NHX基因同源性高达98％,与碱蓬同源性达到86%,与拟南芥同源性为84％,与水稻同源性为80％,表明它是植物中高度保守的一种基因,同时说明野生植物胡杨中也存在与拟南芥相似的植物耐盐相关基因。PwNHX序列分析表明,该基因内部含有一种转座酶的读码框,大小约1350bp,与已发表的Shigella flexneri．转座子Th10基因序列(AF162223)同源性为99％。NHX基因的蛋白产物在植物的耐盐性方面起着重要的作用。推测PwNHX。由于插入转座酶读码框可能会导致该基因的功能丧失。胡杨生存于盐碱地,其体内可能存在另一些机制使胡杨具有抗盐碱的能力。对于这些机制的研究可能有助于进一步了解植物的抗盐机制。利用PwNHX基因内的转座子作基因标签,可进一步研究胡杨的其它基因,从而有可能揭示胡杨叶子发育的变态过程、耐盐碱等性状．     

咸水灌溉对沙土土壤盐分和胡杨生理生长的影响

通过咸水灌溉沙土土质生长的幼龄胡杨,分析了咸水灌溉沙土土壤盐分分布累积特点、盐分胁迫对胡杨的耗水生长关系、叶绿素、Pro、MDA的影响,结果表明:(1)在1.2—3 g/L范围内,微咸水灌溉沙土处于脱盐状态,6—12 g/L咸水灌溉使沙土积盐大增。在整个生长周期内,微咸水和咸水灌溉,0—200 cm内土体的总盐都呈累积趋势。(2)咸水灌溉胡杨,不同盐分处理的生长耗水关系可以用对数模型描述。(3)盐分胁迫下,胡杨叶片内叶绿素含量呈抛物线递减,Pro和MDA含量则呈现抛物线递增趋势。说明短期内咸水灌溉对土壤安全和胡杨的生长影响有限,可用咸水解决生态缺水现状,3种生理指标可用来衡量胡杨的盐胁迫程度,以此为指导提高人工造林的成活率。     

Studies on the Proton Pumping Activity of H+-ATPase in Tonoplast Vesicles of Populus euphratica

Tonoplast-enriched vesicles were prepared from suspension-cultured Populus euphratica Oliv. cells by differential centrifugation and discontinuous sucrose density gradient centrifugation. The properties of the proton pumping activity of H+-ATPases in tonoplast vesicles were studied by acridine orange fluorescent quenching measured at 22 ℃. The proton pumping activity of ATPase was ATP-dependent with apparent Michaelis-Menten Constant (Km) for ATP about 0.65 mmol/L. The optimal pH for H+-ATPases activity was 7.5. The proton pumping activity of H+-ATPase could be initiated by some divalent cations, Mg2+ being highly efficient, much more than Fe2+; and Ca2+, Cu2+ and Zn2+ were inefficient under the experimental condition. The proton translocation could be stimulated by halide anions, with potencies decreasing in the order Cl-> Br->I->F-. The proton pumping activity was greatly inhibited by N-ethylmaleimide (NEM), N,N′-dicyclohexylcarbodiimide (DCCD), NO-3 and Bafilomycin A1, but not by orthovanadate and azide. These results demonstrated that the H+-ATPase in the tonoplast of Populus euphratica belonged to vacuolar type ATPase. This work was the first time that tonoplast-enriched vesicles were isolated from Populus euphratica cells.     

Involvement of hydrogen peroxide and nitric oxide in salt resistance in the calluses from Populus euphratica

Nitric oxide (NO) and hydrogen peroxide (H2O2) function as signalling molecules in plants under abiotic and biotic stresses. Calluses from Populus euphratica, which show salt tolerance, were used to study the interaction of NO and H2O2 in plant adaptation to salt resistance. The nitric oxide synthase (NOS) activity was identified in the calluses, and this activity was induced under 150 mM NaCl treatment. Under 150 mM NaCl treatment, the sodium (Na) percentage decreased, but the potassium (K) percentage and the K/Na ratio increased in P. euphratica calluses. Application of glucose/glucose oxidase (G/GO, a H2O2 donor) and sodium nitroprusside (SNP, a NO donor) revealed that both H2O2 and NO resulted in increased K/Na ratio in a concentration-dependent manner. Diphenylene iodonium (DPI, an NADPH oxidase inhibitor) counteracted H2O2 and NO effect by increasing the Na percentage, decreasing the K percentage and K/Na ratio. NG-monomethyl-L-Arg monoacetate (NMMA, an NO synthase inhibitor) and 2-phenyl-4,4,5,5-tetramethyl-imidazoline-1-oxyl-3-oxyde (PTIO, a specific NO scavenger) only reversed NO effect, but did not block H2O2 effect. The increased activity of plasma membrane (PM) H+ -ATPase caused by salt stress was reversed by treatment with DPI and NMMA. Exogenous H2O2 increased the activity of PM H+ -ATPase, but the effect could not be diminished by NMMA and PTIO. The NO-induced increase of PM H+ -ATPase can be reversed by NMMA and PTIO, but not by DPI. Western blot analysis demonstrated that NO and H2O2 stimulated the expression of PM H+ -ATPase in P. euphratica calluses. These results indicate that NO and H2O2 served as intermediate molecules in inducing salt resistance in the calluses from P. euphratica under slat stress by increasing the K/Na ratio, which was dependent on the increased PM H+ -ATPase activity.     

NaCl胁迫对高粱根、叶鞘和叶片液泡膜ATP酶和焦磷酸酶活性的影响

NaCl胁迫初期 ,Na 主要在根和叶鞘中积累。相应地 ,根和叶鞘液泡膜ATP酶和焦磷酸酶水解活性、依赖ATP和PPi的质子泵活性及Na /H 逆向转运活性均明显增加 ,根和叶鞘的生长没有受到抑制。NaCl胁迫后期 ,Na 开始向地上部分运输并在叶片中积累。此时 ,叶片液泡膜质子泵和Na /H 逆向转运活性开始增加 ,根和叶鞘的Na/K比增加 ,其液泡膜ATP酶和焦磷酸酶水解活性、质子泵活性和Na /H 逆向转运活性下降。相应地 ,根和叶鞘的生长也下降。当保温介质中Na/K比超过 1时 ,液泡膜微囊ATP酶和焦磷酸酶活性均随Na/K比的增加而下降。表明非盐生植物液泡膜质子泵在盐胁迫的初期对Na 在液泡内的积累及其耐盐性起重要作用