中國農科院邱麗娟團隊解析大豆耐鹽基因調控新機制

2021-01-15 植物生物學

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2014年12月12日，中國農業科學院作物科學研究所邱麗娟研究員領導的大豆基因資源研究創新團隊與澳大利亞阿德萊德大學科學家MatthewGilliham研究小組合作，在大豆耐鹽基因挖掘研究中取得重要進展，通過圖位克隆獲得了栽培大豆鐵豐8號的耐鹽基因GmSALT3，相關研究成果以封面文章發表在The Plant Journal期刊[1]。近日，兩課題組再次合作在Plant Cell&Environment期刊發表了題為「Soybean CHX-type ion transport protein GmSALT3confers leaf Na+ exclusion via a root derived mechanism, and Cl-exclusion via a shoot derived process」的研究論文，對GmSALT3的耐鹽機制進行了解析。

GmSALT3基因編碼一個定位於內質網的離子轉運蛋白，賦予幼苗Na+、Cl-外排和提高大豆耐鹽性，但對於該蛋白是如何實現這一功能是未知的。本研究，作者分別在異源系統以及包含一個全長GmSALT3（NIL-T；耐鹽）或一個截短轉錄本Gmsalt3（NIL-S；鹽敏感）的近等基因系中，對GmSALT3的功能進行了探索。在異源系統中，GmSALT3能夠回補E. coli的K+吸收缺陷，促進爪蟾卵母細胞中Na+，K+和Cl-的淨流入和積累，而Gmsalt3卻沒有以上功能。


NILs時程分析表明，苗端Cl-外排明顯由Na+外排引起，嫁接實驗顯示苗端Na+外流是通過基於根木質部機制發生的。與之相反，NIL-T相較於NIL-S植株在莖木質部和韌皮部汁液中均表現出明顯較多的Cl-含量，這表明苗端Cl-外排可能取決於基於韌皮部的Cl-再循環（圖1）。採用NIL-T與NIL-S苗端和根的交互嫁接實驗，發現嫁接至NIL-S根上的NIL-T的苗端含有較低水平的Cl-，這證實了Cl-再循環依賴於苗端存在的GmSALT3（圖2）。

圖1. 100 mmol L-1NaCl脅迫4天後，Nil-T和-S莖韌皮部和木質部汁液中的離子濃度



圖2. 交互嫁接的NIL-T與NIL-S中離子含量檢測


總之，該項工作為進一步深入了解GmSALT3在植物和異源系統中的耐鹽機制提供了見解。儘管植物中Na+和Cl-外排均與GmSALT3相關，但卻被賦予兩種不同的機制。此外，該研究首次提出存在賦予韌皮部Cl-再循環的蛋白，進而可以改善植物的耐鹽性狀。


參考文獻：

1.Guan R., Qu Y., Guo Y., Yu L., Liu Y., Jiang J., Chen J., Ren Y., Liu G. &Tian L. (2014). Salinity tolerance in soybean is modulated by natural variationin GmSALT3. The Plant Journal, 80, 937-950.

原文連結：

https://doi.org/10.1111/pce.13947

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