在擬南芥中超表達bHLH類轉錄因子VvCeb1基因變多肉,既節水又抗鹽

2020-12-01 中國生物技術網

近期，The Plant Journal 雜誌在線發表了來自美國內華達大學裡諾分校John C. Cushman課題組題為「Plant tissue succulence engineering improves wateruse efficiency, waterdeficit stress attenuation and salinity tolerance in Arabidopsis」的研究論文。

該研究在擬南芥中超表達來源葡萄中密碼子優化版的bHLH類轉錄因子VvCeb1基因（該基因參與葡萄漿果發育的細胞擴增階段過程）後，轉基因擬南芥的葉片更厚，肉質顯著增加，表現為提高了用水效率，增加了耐鹽度並減少了乾旱的影響。因此，對植物進行組織多肉植物工程方法也可用於其他植物，如農作物和生物能源作物，以改善乾旱和鹽分耐受性。

植物組織肉質化（組織水/葉面積或乾重之比）或在活組織內具有儲存水的能力是植物界最成功的乾旱適應之一。這種植物通常與附生，半乾旱和乾旱環境的有關。當植物吸收二氧化碳時，它會通過葉片上的氣孔吸收。但是，當氣孔打開時，不僅二氧化碳進入，而且水蒸氣也散發出去，因此損失了大量的水。如果將植物的葉片進行改造成細胞和氣孔大而且氣孔數目少等特徵的組織肉質化工程，將有利於改善植物對乾旱和鹽耐受性。

該研究選用了葡萄中的VvCEB1基因，該基因編碼一個螺旋-環-螺旋家族轉錄因子（bHLH TF），在漿果膨大和變態階段最大表達，可促進葡萄胚組織中的細胞擴張。此外，之前研究表明當在擬南芥中異位表達時，密碼子優化版本的VvCEB1（Vv CEB1 opt）可導致細胞和器官的大小和數量，營養和生殖生物量以及種子產量的增加。

在該研究中，該研究證明了VvCEB1 opt基因的異位表達的過表達株系中，細胞大小，肉質顯著增加以及細胞間空域減少。同時Vv CEB1 opt過表達株系的全植物瞬時和綜合水分利用效率的提高，分別提高了2.6倍和2.3倍。這些改善與葉片厚度和組織多汁程度以及較低的氣孔孔隙密度和減少的孔開口有關。

此外，該研究還顯示出Vv CEB1 opt過表達植物能提高耐鹽性。在植物生長14天後，每天用500mM NaCl溶液灌溉18天。研究結果顯示，鹽脅迫處理在9天內殺死了所有對照系，而Vv CEB1 opt過表達植物100％存活了下來。進一步表明Vv CEB1 opt 過表達降低了葉片中有效的Na +含量。

綜上所述，工程化的組織肉質可能為植物改善水分利用效率，避免乾旱或減緩乾旱，提高鹽度耐受性提供有效新策略。

論文連結：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/tpj.14783

來源：iPlants

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