不同玉米品种抗盐性检测和Cl~-转运蛋白的同源鉴定

发布时间：2020-08-08 01:06

【摘要】：玉米作为重要的粮食作物,又兼具饲料和生物燃料的功能,其产量关系国计民生。玉米属于盐敏感植物,它的生长和产量受到盐胁迫的极大限制。德美亚2号(DMY2)和金穗3号(JS3)作为本研究的实验材料,是我国华北和西北地区(土壤盐渍化多发地区)长期种植的玉米品种。在水培系统中进行的盐胁迫下玉米苗期生理学实验鉴定显示:相比金穗3号,德美亚2号的抗盐性和离子排除能力较强。至少在中度盐胁迫下,德美亚2号叶中K~+和Na~+两种离子的比值相对于金穗3号约高10倍,显示了更强的排Na~+保K~+的能力。同时,德美亚2号叶中的Cl~-含量也显著低于金穗3号。德美亚2号在盐处理下抗盐性指标(如ST,salt tolerance index)的变化表明其在盐胁迫下的生长保持在更接近正常水平的状态,这一结果完全符合其盐胁迫下对Na~+和Cl~-较强的离子排除(salt exclusion)能力。金穗3号相比之下抗盐性较低,其在盐胁迫下生物量的减少也最大。盐胁迫下金穗3号根冠的生物量之比几乎没有变化,说明其对盐胁迫的主动适应机制相对不足,这也与其较弱的排盐能力相一致。在分子生物学层面,本研究利用同源克隆对两个可能参与介导和调节玉米组织水平Cl~-转运的转运蛋白(GRMZM2G104542和GRMZM2G122251)进行了初步的功能分析。结果显示:在B73背景下,两个基因在根中有较高、较特异的表达,并受到盐胁迫的显著抑制;生物信息学分析和亚细胞水平定位实验显示两个基因编码的产物很可能定位在质膜上;酵母异源表达实验结果显示两个基因编码的蛋白可能对Cl~-没有转运活性,对其蛋白的进一步转运功能研究(如电生理学研究)亟待开展。
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S513
【图文】：

抗盐,作物,木质部,外排

图 1-1 作物抗盐的三种主要机制[22]植物的抗盐机制中，目前对抗盐机制中离子排斥的报道主要是 HKT1 和 SOS1。高力的 K+转运蛋白（HKT1）可以将木质部导管中的 Na+外排至木质部薄壁细胞，来控制从根到地上部分的运输[23]；SOS1 是 Na+/H+逆转运蛋白，在盐胁迫下减少 Na+的运输，地上部分 Na+外排至外环境；NHX 也是 Na+/H+逆转运蛋白，存在于细胞的液泡膜上，累过量的 Na+运输至液泡中[22]。目前，已经鉴定到一些基因参与介导和调控了上述三种植物抗盐的生理制（图 1-1）。对于离子外排机制，目前鉴定到 Salt Overly Sensitive 1（SOS1High-affinity K+Transporter（HKT）在根木质部薄壁细胞中行使卸载（retri过量积累的Na+，以降低 Na+在木质部导管以及叶中的浓度的功能[24; 25]（图 1-与 HKT 和 SOS1 类似，AtNPF2.4 位于根中柱鞘细胞的细胞质膜上，可以Cl－在木质部装载，以响应盐胁迫调控 Cl－最终在叶中的积累[26]；相类AtSLAH1 和 AtSLAH3 形成二聚体，共定位在根中柱鞘细胞的质膜上，介导在木质部装载，以响应盐胁迫调控 Cl－最终在叶中的积累[26; 27]。在根细胞（特别是皮层细胞）和叶细胞中，由于 V-ATPase 和 V-PPase

相关性,积累量

图 1-2 salinity tolerance 与 Na+含量的相关性[29]A.很多植物叶中 Na+积累量与 salinity tolerance 之间有很显著的关联性。把不同基因型的大麦置于盐胁迫下，第三片叶中 Na+的积累量与这些基因型中的抗盐性有关[31]；B.地上部分的 Na+积累量与 salinity tolerance 之间无关联性[32]；C.将 A.B 合并作图后比较冠和叶材料里 Na+积累量与 salinity tolerance 之间有无关联性。1.3.3 RRMR（relative root mass ratio）植物遭受盐胁迫时植物地上部分生物量减少，这反过来又改变了根和地上部分之间生物量的分配。可以使用根质量比（root mass ratio, RMR）来描述根生物量相对整株生物量的比值。由于对照和盐胁迫条件下生长的植物的 RMR 是可以确定的值，则计算相对根质量比（RRMR）可以比较在盐胁迫下不同植物对根生物量减少的程度。具有较低 RRMR 的植物在盐胁迫下比另一种植物更大程度地减少了生物量到根部的分配。计算公式如下：（1）RMRcontrol= , , , （2）RMRsalt= , ,

拟南芥,中柱鞘,薄壁细胞,积累量

图 1-3 拟南芥中已知和预测的 Cl－转运蛋白[39]Cl－共质体途径用灰色表示，质外体途径用蓝色表示（深蓝色表示表皮细胞和蓝色表示中柱鞘和木质部薄壁细胞）。受盐胁迫下调的蛋白用红色突出显示绿色突出显示。PF2.4 对 Cl－的转运通过微阵列筛选的手段筛选出了第一个氯离子转运蛋白 N 1/Peptide Transporter Family 2.4（AtNPF2.4，图 1-4）[26]，AtNPF2 Transporter 1/Peptide Transporter (NRT1/PTR) family (AtNPFs)的硝蛋白(NAXT)亚家族[46-48]，NAXT 亚家族是根皮层细胞中参与根系NO3－转运体[46]。AtNPF2.4 主要在根中柱鞘薄壁细胞中表达，在负 Cl－顺电化学势梯度跨膜外排[26]。在 ABA 处理和盐胁迫下，AtNP量显著下调。在 35S 启动子的控制下对 AtNPF2.4 进行人工过表达 Cl－积累量增加；人工设计 microRNAs（amiRNAs）对 AtNPF2.4 沉默，下调 AtNPF2.4 的表达，在低盐胁迫下叶中的 Cl－积累量降

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