| 成果简介： |
1.课题来源与背景：该项目为甘肃省自然科学基金，项目编号为：20JR10RA530，项目名称为：盐胁迫下黑果枸杞脯氨酸代谢途径研究，项目起止时间：2021.02-2023.01，课题实施经费3万元。
2.研究目的与意义：随着气候变化和人类活动加剧，土壤盐碱化已成为严重破坏土壤肥力和影响作物生产力全球性问题。如何开发和利用这些盐碱地以增加有效耕地面积，是全球科学家们致力解决的重大课题。在这种背景下，开发和利用现有耐盐植物资源，研究其耐盐机制并筛选出抗盐碱关键基因，为利用分子生物学方法和手段培育耐盐新品种提供理论支持，对今后有效控制和利用盐碱地具有重要意义。黑果枸杞是一种典型盐生植物，广泛分布于中国盐渍化土壤和荒漠区域，在维持荒漠区域生态平衡等方面发挥着积极作用，是盐碱地治理一种先锋树种。黑果枸杞在长期适应恶劣生境进化过程中，形成了其特有、高效抗盐机制和特性，是研究植物耐盐机制，挖掘用于植物基因工程优异耐盐基因理想材料。脯氨酸是植物应对环境胁迫时重要渗透调节物质，研究表明脯氨酸在应对多种环境胁迫，特别是在盐和干旱胁迫中发挥着重要作用。对黑果枸杞研究主要集中在形态解剖及其生理生态等方面，而耐盐分子机制研究较少。该课题组研究发现，盐胁迫下黑果枸杞体内积累大量脯氨酸，但脯氨酸在黑果枸杞适应盐胁迫中生理作用尚不清楚。因此，该项目在前期研究基础上，研究盐胁迫下黑果枸杞体内脯氨酸生理作用及代谢途径和脯氨酸代谢过程分子调控网络。从生理学和分子生物学两个层面阐明了脯氨酸在黑果枸杞耐盐性中的作用，揭示盐胁迫下脯氨酸代谢途径。研究结果将为进一步研究该植物耐盐分子机制提供基础资料，同时也为黑果枸杞耐盐新品种选育提供新材料。
3.主要论点与论据：该项目以黑果枸杞为材料，分析不同浓度NaCl处理下的脯氨酸、抗氧化物酶活性、脯氨酸代谢关键酶等的变化规律，以及脯氨酸关键酶合成基因的表达模式，以期为进一步研究黑果枸杞的脯氨酸分子调控机制提供依据。主要结论如下：
(1)随着NaCl浓度的增加，各组织中的可溶性蛋白含量、SOD和CAT活性先增加后下降，均在150mmol/L NaCl处理下达到最大值，各组织中的脯氨酸含量持续增加，POD活性则随着NaCl浓度的增加持续下降。
(2)随着NaCl浓度的增加，脯氨酸代谢酶P5CS、P5CR和OAT的活性持续增加，ProDH的活性则持续下降。脯氨酸含量和脯氨酸代谢酶之间呈现显著正相关。黑果枸杞体内的脯氨酸合成通路在低浓度NaCl处理下以Glu为主，高浓度NaCl处理下以Orn为主。
(3)从黑果枸杞的转录组数据库中共筛选到5个LrP5CS、1个LrP5CR、3个LrOAT、4个LrProDH和2个LrP5CDH类似基因。它们在不同组织中均有表达，且受不同浓度NaCl不同程度的诱导。相较于250 mmol/L NaCl处理，基因LrP5CS2、LrP5CS3、LrP5CR1、LrOAT2、LrP5CDH2、LrProDH2和LrProDH3在50mmol/L NaCl下表达量显著增加，分别增加了0.7、23.9、26.1、24.4、6.7、32.1和26.1倍。
(4)发表学术论文5篇，其中SCI 1篇；培养硕士研究生3人。
4.创见与创新：通过对黑果枸杞盐胁迫下转录组数据分析，筛选出与脯氨酸代谢有关键酶基因，揭示了黑果枸杞体内的脯氨酸合成通路即在低浓度NaCl处理下以Glu为主，高浓度NaCl处理下以Orn为主。
5.社会经济效益，存在的问题：黑果枸杞药用和保健价值远远高于普通红枸杞，市场需求量巨大。在经济利益驱使下，人们大量采集野生黑果枸杞果实，导致黑果枸杞野生野生居群规模以及分布区域正在迅速减小，在有些地区甚至成片死亡，破坏了生态环境。为保护当生态环境，必须禁止对野生资源无节制地采集，通过人工栽培来满足市场需求。但人工栽培必须基于优良品种选育，为培育适应盐碱地栽培新品种，需对黑果枸杞耐盐特性研究，为黑果枸杞新品种选育提供理论依据。该研究筛选出了黑果枸杞脯氨酸代谢过程中关键酶基因，为黑果枸杞新品种选育提供了途径。 |
