[发明专利]基因GhNHX4A在植物耐盐性能方面的应用

说明书

本发明涉及棉花耐盐分子生物学领域，特别涉及基因GhNHX4A在植物耐盐性能方面的应用，基因GhNHX4A具有SEQ ID NO:1所示的核苷酸序列。本发明通过筛选和鉴定陆地棉NHX基因家族，使用生物信息学方法对其进行分析，而且表达模式分析发现盐胁迫在一定程度上诱导了陆地棉大部分NHX基因的表达，包括核内体型亚家族成员GhNHX4A。经试验验证，GhNHX4A可以明显恢复酵母突变体的耐盐性。亚细胞定位的结果表明，GhNHX4A蛋白定位在核内体上。同时，GhNHX4A基因的沉默严重破坏了棉花对盐胁迫的基本抗性，表明GhNHX4A基因可能在棉花的耐盐信号通路中发挥积极的调控作用。

技术领域

本发明涉及棉花耐盐分子生物学领域，具体而言，涉及基因GhNHX4A在植物耐盐性能方面的应用。

背景技术

各种生物因素(疾病、害虫等)和非生物因素(盐、干旱、寒冷、渗透等)能够严重阻碍植物的生长。盐胁迫是最严重的非生物胁迫之一，可严重限制作物的生产力。当土壤中的Na⁺浓度增加时，农作物的生长发育将受到抑制甚至死亡。目前，土壤盐碱化是人类活动造成的全球性环境问题之一，严重制约了农业生产。世界上有8亿公顷的土壤受到不同程度的盐碱化影响。农业灌溉土地中近20％面临着土壤盐碱化的危害，并且这一数字正在逐年增加。因此，研究作物，特别是耐盐先锋作物的耐盐机制，以培育能够在盐胁迫环境下生长的作物成为了迫切的需要。

在植物的耐盐反应中，主要通过Na⁺的外排和Na⁺的区隔化，降低细胞内Na⁺的浓度，维持细胞内的离子平衡。Na⁺的外排一般是由盐超敏感(Salt overly sensitive,SOS)途径完成，当植物受到盐胁迫时通过细胞质膜上的SOS1蛋白将过多的Na⁺从细胞质运输到细胞外，维持细胞质中Na⁺的动态平衡。Na⁺的区隔化主要是内膜系统上的Na⁺/H⁺逆向转运蛋白(Na⁺/H⁺antiporter,NHX)将Na⁺区隔化到特定组织细胞的液泡或囊泡内，减轻Na⁺对细胞质中细胞器的毒害作用。NHX蛋白在模式植物拟南芥中研究比较深入，根据其在细胞中的位置，可分为两类。I类亚家族成员包括AtNHX1-4，位于液泡膜上，对Na⁺和K⁺具有相同的亲和性，可以将细胞质中Na⁺和K⁺区隔到液泡中，从而减少盐离子对细胞的伤害并保持细胞的渗透压平衡。II类亚家族成员包括AtNHX5-6，主要位于高尔基体和前液泡区等核内体中，在盐胁迫下主要调节K⁺和pH稳态，通过在细胞中积累较多的K⁺来增强对盐胁迫的耐受性。大量研究表明，盐胁迫可以显著诱导表达I类亚家族NHX基因，并且过表达这些NHX基因可以显著提高植物对Na⁺的耐受性。近年来，关于II类亚家族NHX基因的研究也逐渐增加。番茄LeNHX2是植物中第一个研究比较清楚的II类亚家族成员，在拟南芥和番茄中过表达LeNHX2基因发现，在盐胁迫下转基因材料增加了K⁺含量，增强了耐盐性。此外，异源表达拟南芥II类亚家族AtNHX5基因的转基因水稻，高盐处理后积累了更多Na⁺和K⁺，表现出较强的耐盐性。

棉花作为天然纤维、植物蛋白和食用油的重要来源，具有非常重要的经济和社会价值。尽管棉花被认为是耐旱和耐盐的先锋作物，但其敏感性在品种和基因型之间差异很大，而盐胁迫仍然对棉花的产量和纤维品质有重大影响。液泡型GhNHX1在酵母Na⁺/H⁺逆向转运基因突变体中的表达能够恢复其耐盐性。过表达GhNHX1的转基因烟草植物也比野生型植物具有更高的耐盐性。研究人员创制了表达AtNHX1的转基因棉花，这些表达AtNHX1的棉花植株在200mM NaCl存在下生长时，产生更多的生物量并产生更多的纤维，表明AtNHX1确实可以用于提高棉花的耐盐性。但是，尚未证明棉花核内体型NHX成员在耐盐反应中的功能。