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Hg.41242基因调控盐生草根系Na<sup>+</sup>限制性吸收的机制研究
Hg.41242基因调控盐生草根系Na<sup>+</sup>限制性吸收的机制研究
| 成果信息 |
| 项目年度编号： |
2600140402 |
| 限制使用： |
国内 |
| 省市： |
甘肃 |
| 中图分类号： |
S156.4 |
| 成果类别： |
基础研究 |
| 成果公布年份： |
2025 |
| 关键词： |
土壤盐渍化
蛋白质组学方法
盐生草
基因表达
|
| 成果简介： |
1.课题来源与背景：土壤盐渍化是影响全球农作物生产的主要非生物胁迫因素。随着经济的发展和全球人口数量的日益增长，土地的需求量也在不断加剧。中国的盐渍化土地面积为9913万hm<sup>2</sup>左右，其主要分布在东北，华北，西北内陆及沿海地区。土壤盐渍化不仅对资源环境造成破坏，而且给农业生产带来巨大的经济损失。近年来，由于气候变暖、环境恶化，玉米、小麦和水稻等主要作物大幅度减产，这对人类生活造成了很大的威胁。从20世纪60年代开始，育种家就采取一些农艺措施来提高主要粮食作物的产量，但是这样却造成了水资源和营养物质等供需矛盾的加剧。此外，全球气候变暖还会导致亚热带地区的年降雨量逐渐下降，且土壤蒸发量大于降雨量，农业灌溉所需的淡水资源必须优先供应于城市用水和人畜饮用，这使得淡水资源紧张，甚至供应不足，因此，农业灌溉用水就必须转向咸水或者盐水灌溉。
盐生草(Halogeton glomeratus)为一年生盐生植物，广泛分布于中国西北旱区，蒙古及中亚等区域，多生长于荒漠、盐碱地区，集耐盐和抗旱于一身，是理想的获取耐盐和抗旱基因的野生资源，课题组前期研究发现盐生草具有极强的耐盐性，其根系对盐分呈限制性吸收的特性，但是，盐生草根部为什么能够对盐限制性吸收？由什么物质和基因调控？尚不清楚。该课题组结合转录组学和蛋白质组学方法鉴定到大量盐生草根系中参与盐胁迫响应的相关基因，并从中筛选到45个盐诱导表达基因，选取NaCl胁迫后RPKM值>5.5的11个基因与数据库Nr、Nt、the Swiss-Prot、KEGG和COG进行比对，预测每一个基因的功能，发现差异表达基因[Halogeton_glomeratus]_41242(Hg.41242)为转录因子，且在不同的盐胁迫处理时期，差异表达最显著。
2.研究目的与意义：针对Hg.41242在盐胁迫处理下的表达特性，该项目拟展开以下三方面的工作：(1)构建Hg.41242基因的过表达载体，转化拟南芥，对转基因拟南芥进行盐胁迫，分别测定转基因拟南芥和野生型拟南芥根系和叶片中Na<sup>+</sup>含量；(2)对Hg.41242在拟南芥中的组织特异性表达及亚细胞定位进行分析；(3)通过基因编辑技术(CRISPR-Cas9)，将Hg.41242基因敲除，获得基因敲除突变株系，接着对突变系进行盐胁迫，检测鉴定其根部Na<sup>+</sup>限制性吸收功能是否丧失，该项目的实施对盐生植物中耐盐基因资源发掘和培育耐盐作物新品种具有重要意义。
3.主要论点与论据：土壤盐渍化已成为限制全球粮食生产的主要因素之一。鉴于传统作物耐盐性普遍较差，从极端盐生植物中发掘耐盐基因，培育耐盐作物新品种是解决土壤盐渍化问题的关键。该项目拟以盐生植物盐生草根系转录组测序结果，筛选得到盐诱导表达基因Hg.41242，通过遗传转化导入拟南芥，对转基因拟南芥的耐盐性进行评价，并且分析Hg.41242基因在转基因拟南芥中的表达特性，测定不同浓度NaCl处理下拟南芥根系及外界环境中Na<sup>+</sup>含量。同时，通过基因编辑技术将Hg.41242敲除，获得盐生草基因敲除突变株系，评价基因敲除突变株系的耐盐性，比较不同浓度NaCl处理下基因敲除突变株系的根系及生长外界环境中Na<sup>+</sup>含量，明确Hg.41242基因是否调控盐生草根系Na<sup>+</sup>的限制性吸收。该项目的实施对盐生草耐盐机理的研究及盐生植物中耐盐基因资源发掘具有重要意义。
4.创见与创新：针对性强，取材特色。该项目针对土壤盐渍化问题，为植物(作物)提供耐盐候选基因为宗旨，选取中国西北旱区特色极端耐盐植物资源盐生草根系中发掘到盐诱导表达基因为对象。
原始创新特色明显。首次通过转录组测序和克隆技术结合的方法从盐生草根系中克隆到盐诱导表达基因，且对该基因的研究从植株，组织，细胞，进一步延伸到亚细胞和分子水平，特色明显，具有重要的学术价值。该项目开展的该基因功能和调控机制研究属于原始创新。
潜在应用前景大。候选基因在拟南芥中调控耐盐特性的分析及其在Na<sup>+</sup>吸收运输过程中生理和分子机制的阐明，将极大地促进耐盐基因资源的耐盐分子育种进程。
5.社会经济效益，存在的问题：
(1)项目执行期短：作为基础研究项目，该项目从研究盐生草特殊的耐盐机制入手，其自身特点是需要的周期较长，难度大。该项目的执行期只有4年时间，执行周期偏短，因此只能保证完成合同重点任务，从克隆基因、再到转化拟南芥、耐盐性鉴定，基因编辑技术等，所需周期较长。基因编辑技术还处于探索阶段，存在困难较大，对敲除株的耐盐性还未鉴定，需后续进行。
(2)经费不足：因经费有限，限制了该课题研究的深度。盐生草根系最主要的耐盐机制是对盐分的限制性吸收，研究表明其可能存在区别于其他盐生植物的Na<sup>+</sup>吸收与转运机制，解析其有关Na<sup>+</sup>吸收与转运特异性基因(蛋白)，对培育耐盐作物具有极为重要的参考价值。希望能够给予进一步经费上的支持，以便对盐生草根系的耐盐机制进一步解析，筛选出更多的耐盐基因，为创制耐盐抗旱种质及培育耐盐作物新品种以提高水分利用率提供基因资源和技术支撑。 |
| 申报信息 |
| 登记号： |
9622024J0994 |
| 相关人信息 |
| 完成单位： |
甘肃农业大学 |
| 完成人： |
姚立蓉 汪军成 边秀秀 王刚 陈一酉 郭铭 |
| 行业及专利信息 |
| 应用行业名称： |
农业科学研究与试验发展 |
| 应用行业码： |
753 |
| 转让信息 |
| 投资信息 |
| 推广信息 |
| 联系信息 |
| 联系单位名称： |
甘肃农业大学 |
| 联系单位地址： |
甘肃省兰州市安宁区营门村1号 |
| 邮政编码： |
730070 |
