植物耐盐基因工程研究进展.doc

植物耐盐基因工程研究进展 盐害是影响植物生长和作物产量的主要因素,是世界上作物减产的主要原因,盐害导致平均亩产降低50%以上。世界上盐碱土的面积很大,约有4亿公顷,占灌溉农田的1/3。在气候干燥的半干旱、干旱地区由于降雨量少,蒸发剧烈,盐分不断积累;海滨地区由于海水倒灌造成土壤含盐量增加。我国盐碱土主要分布于西北、华北、东北和滨海地区,随着大棚面积的逐年增长和栽培年代的推移,土壤盐渍化日趋严重[1]。 ?盐害限制植物细胞从土壤中吸收水分,引起渗透胁迫,还使植物细胞中的离子浓度增加从而产生离子胁迫。植物为应对不利于生存和生长的环境有很多保护机制,可以防止水分流失和离子毒性[2]。目前已开发了很多可用于提高植物耐盐性的基因工程方法[3]。本文对近年来植物耐盐性的基因工程研究做一个简要总结。 ? 1　利用植物信号传导蛋白基因提高植物耐盐性 ? 植物应答逆境,会产生一系列信号过程,包括Ca2+介导的信号应答和乙烯信号应答等,这就需要多种蛋白激酶的参与。Ca2+在植物适应环境及发育过程中是一个重要的信使,钙联蛋白的感受蛋白分子可以检查和传导细胞间的Ca2+信号[4,5]。乙烯对植物生长和发育的多个方面有重要影响,乙烯信号途径在盐胁迫条件下对植物有一定的保护作用[6]。近年来的研究结果说明过量表达Ca2+介导的信号应答和乙烯信号应答途径的一些蛋白激酶[4~13]可以提高转基因植物的耐盐性。 ? 1.1　过量表达盐敏性途径相关基因增加转基因植物的耐盐性 ? 过度盐敏性(salt overly sensitive, SOS)途径中包括三个蛋白组分SOS1, SOS2, SOS3。sos3基因编码一个EF手型Ca2+感受器(SOS3), SOS3可以激活Ser/Thr蛋白激酶SOS2, SOS1是一个定位在胞膜上的Na+/H+泵,sos1也是SOS2和SOS3复合体的下游目的基因[7]。其中, SOS2也叫蛋白钙调神经磷酸酶B样蛋白(calcineurin B-like,CBL)家族,是植物特有的一类Ca2+感受蛋白,调控一种蛋白互作激酶家族(calcineurin B-like interacting protein kinase,CIPK)基因的表达[4]。 ? 研究了水稻基因组的突变钙调神经磷酸酶B样蛋白互作激酶(CIPKs)基因(OsCIPK01-OsCIPK30)对多种非生物胁迫的转录应答,结果说明有20个OsCIPK基因受到干旱、盐害等胁迫因素诱导。为寻找对胁迫耐受改良有用的胁迫应答基因,他们在水稻中以玉米泛素启动子控制,过量表达了三种CIPK基因(OsCIPK03, OsCIPK12, OsCIPK15)。在寒冷和干旱的胁迫下,过度表达CIPK03和CIPK12的植物累积脯氨酸和可溶性糖的含量明显比野生型高,脯氨酸合成酶和转运蛋白基因表达水平也比野生型高。这三种基因的过量表达明显增加了转基因水稻对盐胁迫的耐受性。 ? ZmCBL4是从玉米中克隆的新的CBL基因,Wang等[8]利用35S启动子在拟南芥液泡中过量表达ZmCBL4,发现它不仅能够互补拟南芥sos3突变体对盐的超敏性,而且能够提高野生型拟南芥在发芽和幼苗阶段对盐的抗性。 ? 1.2　过量表达乙烯应答相关基因增加转基因植物的耐盐性 ? Khan等[9]发现乙烯参与了水稻对盐害的胁迫应答。烟草有两种乙烯受体,由nthk1和nthk2两种基因编码,在Mn2+和Ca2+存在时,NTHK1(I型乙烯受体)具有Ser/Thr激酶活性,NTHK2(II型乙烯受体)具有Ser/Thr激酶及His激酶活性。 ? NTHK1基因(Nicotiana tabacumhistidine kinase 1)编码烟草组氨酸激酶1,Cao等[6]用双35s启动子控制使其在拟南芥中表达,发现NTHK1基因的过表达可以激活盐应答基因AtERF4和Cor6.6的表达,并且转基因后NTHK1mRNA在盐胁迫下积累,而且在盐胁迫下,转NTHK1基因植物的表型、电解质渗透和根生长情况都 ? 优于对照植物。 ? Gao等[11]在水稻研究植物耐盐性改良中,用CaMV35s启动子控制过表达番茄乙烯应答因子ERF(ethylene response factor)蛋白基因TERF1,发现转基因植物对干旱和高盐胁迫的耐受增强,而且TERF1能够有效调控其他胁迫相关功能基因Lip1、Wcor413-1和OsPrx的表达。 ? Lee用CaMV35s启动子控制在马铃薯中过表达乙烯应答元件结合蛋白StEREBP1(Ethylene responsive elementbinding protein)基因,在长时间75mmol/LNaCl处理下后转基因植物仍能正常生长,他们认为StEREBP1是参与植物盐胁迫应答的一个功能性