论文部分内容阅读
干旱和土壤盐碱化是限制耕地扩展,导致作物减产的两种主要的非生物因素。大多数植物对干旱和盐胁迫十分敏感,两者均引起体内渗透胁迫和细胞内离子平衡失调,导致细胞膜功能受损和代谢衰减,最终引起生长抑制甚至死亡。但是,生长在极端干旱环境中的荒漠植物在进化过程中逐渐形成了其特殊的抗旱机制。从培养介质中大量吸收Na+有效转运至叶中,降低叶肉细胞的渗透势,提高细胞的吸水能力的同时维持叶中心浓度的稳定是我国西北荒漠区广为分布的霸王(Zygophyllum xanthoxylum)等多浆早生灌木适应干旱和盐环境的重要策略,也表明其在干旱或盐条件下具有强大的调控体内Na+、心平衡的能力,进而维持植物正常的生长。液泡膜Na+/H+逆向转运蛋白(NHXs)在区域化Na+至液泡,提高植物抗旱耐盐性方面起重要作用。但是,NHX蛋白的功能鉴定仅限于细胞和组织水平,它在整株水平上调控植物体内Na+、K+平衡的作用机理仍不清楚。采用RNA干扰技术探讨了盐处理下霸王液泡膜Na+/H+逆向转运蛋白(ZxNHX)反馈调节Na+、K+吸收和转运相关的ZxSOS1、ZxHKT1;1、ZxAKTl和ZxSKOR的表达以控制整株Na+、K+稳态平衡的作用机制,并分析了AxNHX的RNA干扰对渗透胁迫下霸王Na+积累、空间分布及其吸收和转运相关基因转录丰度的影响。主要结果如下：(1)构建了植物RNAi表达载体1ARX,并通过遗传转化,筛选出ZxNHX基因沉默程度不同的两个ZxNHX-RNAi株系L2和L7。与野生型相比,L2和L7叶中ZxNHX的转录丰度在50mM NaCl处理下分别下降8%和45%,在-0.5MP渗透胁迫下分别下降7%和17%。(2)无论在对照处理、50mM NaCl处理还是-0.5MP渗透胁迫下,ZxNHX沉默显著抑制霸王的生长。(3)与对照处理相比,50mM NaCl使WT根中ZxSOSl转录丰度增加620%,而ZxHKT1;1仅增加80%,使根中ZxSOS1的转运作用强亍ZxHKT1;1, Na+在ZxSOSl的介导下被装载至木质部并转运至地上部作为一种廉价的渗透调节剂；而在ZxNHX-RNAi株系(L7)中,根中ZxSOS1的转录丰度仅增加了10%,而ZxHKT1;1的转录丰度增加了53%,使根中ZxHKT1;1的转运作用强于ZxSOS1,Na+在ZxHKT1;1的作用下从木质部汁液中“回收”至导管周围的薄壁组织细胞,导致叶中Na+的浓度和相对分配比例显著下降、而根中Na+的相对分配比例和K+选择性运输能力显著增加。(4) ZxNHX被干扰后,50mM NaCl处理下霸王根中心通道基因ZxAKT1和ZxSKOR的表达丰度显著下降,导致植株各组织中心的浓度显著降低。(5)-0.5MPa渗透胁迫下,WT根中ZxSOS1转录丰度显著增加130%、但ZxHKT1;1的表达丰度不变；然而,L7根中ZxHKT1;!转录丰度的增幅(7.6倍)远大于ZxSOS1(51%),导致L7根中Na+浓度比WT显著升高,而叶中Na+浓度显著下降。以上结果表明,ZxNHX可反馈调节霸王根中Na+、K+转运蛋白基因的表达以在整株水平上控制Na+、K+的吸收、长距离运输和空间分配,进而维持植株的积盐特性并调节其生长。