農(nóng)科院作物所:NMT發(fā)現(xiàn)E3泛素連接酶基因TaPUB15增強(qiáng)了水稻
NMT作為生命科學(xué)底層核心技術(shù),是建立活體創(chuàng)新科研平臺的*技術(shù)。2005年~2020年,NMT已扎根中國15年。2020年,中國NMT銷往瑞士蘇黎世大學(xué),正式打開歐洲市場。
基本信息
主題:NMT發(fā)現(xiàn)E3泛素連接酶基因TaPUB15增強(qiáng)了水稻在鹽脅迫下排鈉保鉀的能力
期刊:Food and Energy Security
影響因子:5.242
研究使用平臺:NMT植物耐鹽創(chuàng)新平臺
標(biāo)題:TaPUB15, a U-Box E3 ubiquitin ligase gene from wheat, enhances salt tolerance in rice
作者:中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所景蕊蓮、毛新國、李巧茹
檢測離子/分子指標(biāo)
Na+、K+
檢測樣品
2周齡水稻幼苗(轉(zhuǎn)基因、WT)根分生區(qū)(距根尖100 μm根表上的點)
中文摘要(谷歌機(jī)翻)
植物U-box(PUB)E3泛素連接酶在對環(huán)境脅迫和激素信號的響應(yīng)中起著至關(guān)重要的作用,但在小麥(Triticum aestivum L.)中對其了解甚少。我們鑒定了一個U-box E3泛素連接酶基因TaPUB15,它在小麥栽培品種中是保守的。TaPUB15在多種組織中表達(dá),且根部的表達(dá)量遠(yuǎn)高于其他組織。鹽、脫落酸、4℃和聚乙二醇(PEG)誘導(dǎo)TaPUB15的轉(zhuǎn)錄。TaPUB15-D的過表達(dá)使轉(zhuǎn)基因水稻的耐鹽性得到改善,同時轉(zhuǎn)基因水稻的根也增多。離子通量測定表明,轉(zhuǎn)基因水稻植株的耐鹽性得到改善,在鹽度脅迫下保持較低的Na+/K+比值?;虮磉_(dá)測定表明,相對于野生型,轉(zhuǎn)基因水稻中一些鹽脅相關(guān)基因顯著上調(diào)。轉(zhuǎn)基因水稻的這些結(jié)果也在轉(zhuǎn)基因擬南芥中得到了驗證。我們的數(shù)據(jù)表明,TaPUB15在提高作物植物的耐鹽性方面起著至關(guān)重要的作用,是未來促進(jìn)耐鹽小麥育種的寶貴基因資源。
離子/分子流實驗處理
100 mM NaCl處理1 h
離子/分子流實驗結(jié)果
為了更好地了解Na+和K+的動態(tài)變化,使用非損傷微測技術(shù)(NMT)來監(jiān)測轉(zhuǎn)基因和WT水稻根尖的Na+和K+流速。100 mM NaCl處理1 h后,所有測試的幼苗均顯示出Na+外排。Na+在轉(zhuǎn)基因水稻中的外排速率遠(yuǎn)高于WT(圖1a)。同時,轉(zhuǎn)基因水稻幼苗顯示出K+內(nèi)流,野生稻幼苗顯示出K+外排(圖1b)。因此,TaPUB15-D在水稻中的過表達(dá)明顯增加了在鹽脅迫下保K+和排Na+的能力。較低的Na+/K+比值確保轉(zhuǎn)基因植株在高鹽度條件下具有更好的耐鹽性。
圖1. 轉(zhuǎn)基因水稻在鹽脅迫下Na+和K+的流速變化情況
其他實驗結(jié)果
- 3個TaPUB15同源基因均高度保守。
- TaPUB15-D定位在細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)中。
- TaPUB15在幼苗根系表達(dá)量高,其次是幼苗葉片、抽穗期根系和萌發(fā)期和幼苗期的根基部。在抽穗的節(jié)、莖和旗葉中表達(dá)量低。
- 在250 mM NaCl、50 μM ABA和4°C低溫處理下,TaPUB15被強(qiáng)烈激活,但在16.1% PEG處理下TaPUB15被激活程度較低。
- TaPUB15-D過表達(dá)導(dǎo)致轉(zhuǎn)基因水稻的根更長、更多。
- TaPUB15-D在水稻中的過表達(dá)增強(qiáng)了其耐鹽性。
- 轉(zhuǎn)基因株系中OsP5CS1的轉(zhuǎn)錄水平與WT相比增加了近4倍。鉀轉(zhuǎn)運基因OsHKT1;1的表達(dá)被鹽脅迫顯著誘導(dǎo)。
- TaPUB15-D的過表達(dá)減少了Na+的積累,使水稻轉(zhuǎn)基因株系在鹽堿條件下保持相對較低的Na+/K+比值。
- TaPUB15-D的過表達(dá)增強(qiáng)了轉(zhuǎn)基因擬南芥的耐鹽性。
結(jié)論
作為世界上廣泛種植的谷類作物,小麥?zhǔn)侨祟惖闹魇?,在糧食安全中起著至關(guān)重要的作用,但高鹽,干旱和其他非生物脅迫嚴(yán)重限制了小麥的高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)。為了應(yīng)對非生物脅迫,植物物種已經(jīng)進(jìn)化出多種響應(yīng)機(jī)制。本研究發(fā)現(xiàn)了一個U-box E3泛素連接酶基因TaPUB15,它可以改變轉(zhuǎn)基因水稻的根系結(jié)構(gòu),使其根系更深、更多,提高水稻和擬南芥的耐鹽性。因此,TaPUB15是一種有價值的基因資源,可以用于提高小麥的耐鹽性,也可能用于其他作物。
測試液
0.1 mM NaCl, 0.1 mM KCl, pH 5.7
儀器采購信息
- 據(jù)中關(guān)村NMT產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟了解:
- 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所于2015年采購了旭月(北京)科技有限公司的非損傷微測系統(tǒng)。
- 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所分別于2018年、2020年采購了旭月(北京)科技有限公司的非損傷微測系統(tǒng)。
- NMT能為農(nóng)業(yè)環(huán)境研究貢獻(xiàn)什么?|旭月中標(biāo)農(nóng)科院環(huán)發(fā)所
關(guān)鍵詞:離子穩(wěn)態(tài),根系構(gòu)型,鹽脅迫, TaPUB15, U-Box E3