植物抗旱基因工程研究進(jìn)展

徐立明，張振葆，梁曉玲，盧文，張辰路，黃鳳珠，王雷，張素芝＊

（1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)玉米所 農(nóng)業(yè)部西南玉米生物學(xué)與遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都611130；2.日照市五蓮縣農(nóng)業(yè)局，山東 日照262300）

＊在自然條件下生長(zhǎng)的植物，經(jīng)常會(huì)面臨干旱、澇害、鹽堿、高溫、低溫、冷害、營(yíng)養(yǎng)匱乏、重金屬污染等非生物脅迫，嚴(yán)重影響了植物的正常生長(zhǎng)和發(fā)育。在這些逆境脅迫中，干旱是最為突出的限制因素之一［1－20］。近年來(lái)，基因工程的誕生使人類的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)史發(fā)生了巨大的變化。通過(guò)轉(zhuǎn)基因技術(shù)提高植物抗旱性，具備并已展現(xiàn)了巨大的應(yīng)用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，但其前提是必須了解植物抗旱的分子機(jī)制。植物受到干旱脅迫后會(huì)誘發(fā)植物體內(nèi)其他多種不良反應(yīng)，如活性氧爆炸、滲透壓的變化等，因而植物必須迅速啟動(dòng)對(duì)這些不良反應(yīng)的應(yīng)答而存活下來(lái)（圖1）。干旱通常能觸發(fā)植物基因表達(dá)增強(qiáng)或減弱、代謝產(chǎn)物增加或減少、特異蛋白合成等應(yīng)答活動(dòng)［2，21－30］。此外，隨著基因芯片、數(shù)字表達(dá)譜、轉(zhuǎn)錄組等分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，多個(gè)干旱應(yīng)答基因已被鑒定。這些鑒定的基因中，一些為調(diào)節(jié)基因，如編碼信號(hào)因子、轉(zhuǎn)錄因子的功能基因；一些為編碼功能性蛋白和有機(jī)分子合成酶的基因，如編碼合成調(diào)滲分子、多胺類分子，活性氧清除分子的功能基因；還有一些為編碼microRNA的功能基因。將這些干旱應(yīng)答基因根據(jù)其作用方式轉(zhuǎn)化植物而增強(qiáng)抗旱性成為最佳策略［3－4，31－35］。本文著重從分子水平上闡述有關(guān)抗旱方面最前沿的研究，并且特別闡述了植物抗旱基因工程的發(fā)展近況。

1 信號(hào)分子

當(dāng)逆境脅迫發(fā)生時(shí)，植物能通過(guò)各種不同的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)活動(dòng)，如蛋白的磷酸化和去磷酸化、對(duì)Ca2＋的感知、蛋白的降解等途徑對(duì)脅迫進(jìn)行應(yīng)答［4，36－47］。盡管這些復(fù)雜的信號(hào)途徑如何進(jìn)行整體調(diào)控仍然不十分明確［5，48－63］，但是已有研究證實(shí)一些信號(hào)分子能通過(guò)參與干旱脅迫相關(guān)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，來(lái)調(diào)控植物抗旱性。例如，煙草（Nicotianatabacum）促分裂原活化蛋白激酶的激酶基因NPK1能夠調(diào)節(jié)干旱所誘發(fā)的氧化脅迫的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)活動(dòng)。在干旱條件下，過(guò)量表達(dá)NPK1的轉(zhuǎn)基因煙草比野生型生長(zhǎng)狀況更好［6］。

通過(guò)激活因子或抑制因子調(diào)控信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，是植物應(yīng)答干旱脅迫的一種主要方式。例如，擬南芥（Arabidopsisthaliana）的法呢基轉(zhuǎn)移酶ERA1作為負(fù)調(diào)節(jié)因子能抑制脫落酸（abscisic acid，ABA）信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，從而降低擬南芥對(duì)干旱脅迫的耐受性。相反，反義抑制ERA1的轉(zhuǎn)基因擬南芥對(duì)ABA信號(hào)的應(yīng)答增強(qiáng)，致使擬南芥的部分葉片氣孔關(guān)閉、蒸騰作用減弱、水分蒸發(fā)減少，最終表現(xiàn)為擬南芥抗旱性增強(qiáng)［7］。另外，激活因子能通過(guò)蛋白激酶正調(diào)控植物的抗旱途徑。在干旱條件下，擬南芥蛋白激酶SnRK2s（SNF1－related protein kinase 2）家族的9個(gè)成員（SRK2A－J／SnRK2.1－10）幾乎都被誘導(dǎo)表達(dá)［8］。其中，在正常的生長(zhǎng)條件下SRK2C（SnRK2.8）低水平表達(dá)，但在干旱條件下SRK2C（SnRK2.8）被誘導(dǎo)激活，表達(dá)量顯著提高，擬南芥抗旱性增強(qiáng)［9］。此外，擬南芥中類SOS3的Ca2＋結(jié)合蛋白CBL（SOS3－like calcium－binding protein）與蛋白激酶CIPK／PKS能相互作用形成活性復(fù)合體，調(diào)控干旱、鹽或冷脅迫條件下的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)活動(dòng)。CBL1是CBL蛋白家族成員，在干旱條件下被誘導(dǎo)激活。轉(zhuǎn)基因擬南芥過(guò)量表達(dá)CBL1時(shí)，一些脅迫應(yīng)答基因上調(diào)表達(dá)，擬南芥的抗旱性隨之增強(qiáng)［10］。

最近的研究發(fā)現(xiàn)一些信號(hào)調(diào)節(jié)因子通常參與多個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的調(diào)控，如AtMPK6至少調(diào)節(jié)MKK2－MPK6和MKK4／MKK5－MPK6這2個(gè)不同的MAPK信號(hào)級(jí)聯(lián)活動(dòng)，并且每個(gè)信號(hào)級(jí)聯(lián)活動(dòng)都能夠傳遞或轉(zhuǎn)導(dǎo)不同的脅迫應(yīng)答信息［11］，這說(shuō)明了信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性。

圖1 在干旱脅迫下的遺傳路徑Fig.1 A genetic pathway under drought stress

2 轉(zhuǎn)錄因子

轉(zhuǎn)錄組分析發(fā)現(xiàn)，AP2、bZIP、NAC、MYB、Cys2／His2鋅指等不同類型的轉(zhuǎn)錄因子都能調(diào)控植物應(yīng)答干旱脅迫（表1）［22－25，64－71］，這些轉(zhuǎn)錄因子通過(guò)激活或抑制下游干旱應(yīng)答基因的表達(dá)，來(lái)調(diào)節(jié)植物的抗旱性［4，12，14，16］。

植物的bZIP轉(zhuǎn)錄因子能通過(guò)參與ABA信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑調(diào)控植物對(duì)干旱脅迫的反應(yīng)。在干旱條件下，植物體內(nèi)ABA水平會(huì)有所增加，ABA信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)活動(dòng)增強(qiáng)，一些干旱脅迫應(yīng)答基因也被ABA誘導(dǎo)激活［13］。Fujita等［14］發(fā)現(xiàn)與 ABA順式作用元件 ABRE（ABA－responsive element）結(jié)合的蛋白 AREB（ABA－responsive element binding protein）屬于bZIP轉(zhuǎn)錄因子家族。這類基因如AREB1／ABF2、AREB2／ABF4和ABF3／DPBF5，能在干旱、ABA和鹽脅迫的誘導(dǎo)下增強(qiáng)表達(dá)，在擬南芥中過(guò)量表達(dá)時(shí)提高了植株對(duì)這些脅迫的耐受性［12，14］。

表1 應(yīng)用轉(zhuǎn)錄因子的抗旱基因工程Table 1 Engineering of drought tolerance using transcription factors

R2R3－MYB類轉(zhuǎn)錄因子也參與了植物對(duì)干旱脅迫的調(diào)控。例如，MYB15在擬南芥中過(guò)量表達(dá)時(shí)，ABA合成相關(guān)的基因ABA1上調(diào)表達(dá)，擬南芥抗旱性隨之增強(qiáng)［15］。AtMYB60也是一個(gè)R2R3－MYB類轉(zhuǎn)錄因子，在擬南芥中能調(diào)控氣孔的開合。AtMYB60基因在擬南芥葉片保衛(wèi)細(xì)胞中特異性表達(dá)，并在干旱條件下其表達(dá)受到抑制［16］。在干旱條件下，其功能缺失性突變體的部分氣孔關(guān)閉，蒸騰作用減弱，抗旱性增強(qiáng)。

水稻42個(gè)APETELA2（AP2）類轉(zhuǎn)錄因子分屬于6個(gè)亞家族（I－VI），能被不同的脅迫條件和ABA所誘導(dǎo)激活，其中亞家族I的AP37和亞家族Ⅱ的AP59能被干旱和高鹽脅迫誘導(dǎo)激活。啟動(dòng)子OsCc1驅(qū)動(dòng)AP37和AP59基因在水稻中過(guò)量表達(dá)時(shí)，對(duì)干旱脅迫表現(xiàn)出比野生型更強(qiáng)的耐受性。在嚴(yán)重的干旱條件下，過(guò)量表達(dá)AP37的轉(zhuǎn)基因水稻比過(guò)量表達(dá)AP59的轉(zhuǎn)基因水稻產(chǎn)量提高了16%～57%［17］。此外，DREB1／CBF（dehydration－responsive element－binding factors 1）也屬于 AP2類轉(zhuǎn)錄因子［18－19］。在干旱、鹽、冷的脅迫條件下，擬南芥DREB1／CBF上調(diào)表達(dá)，致使擬南芥對(duì)這些脅迫的耐受性增強(qiáng)［19］。用脅迫誘導(dǎo)型啟動(dòng)子Atrd29A驅(qū)動(dòng)At－DREB1A／CBF基因表達(dá)的轉(zhuǎn)基因花生（Arachishypogaea），能比野生型合成更多的抗氧化酶（antioxidant enzymes）和脯氨酸，表現(xiàn)出更強(qiáng)的抗旱性［20］。Dubouzet等［21］從水稻中也分離出4個(gè)與擬南芥DREB1A／CBF同源的水稻基因OsDREB1A、OsDREB1B、OsDREB1C和OsDREB1D。在水稻中過(guò)量表達(dá)OsDREB1時(shí)，轉(zhuǎn)基因株系對(duì)干旱、鹽和冷脅迫耐受性增強(qiáng)。

NAC類蛋白是植物中另一類重要的轉(zhuǎn)錄因子，能調(diào)控植物的生長(zhǎng)發(fā)育和增強(qiáng)植物對(duì)脅迫環(huán)境的適應(yīng)能力。ANAC019、ANAC055和ANAC072是從擬南芥中分離到的3個(gè)不同的NAC基因，在干旱條件下這些基因被誘導(dǎo)激活。在擬南芥中過(guò)量表達(dá)這些基因時(shí)，轉(zhuǎn)基因株系的抗旱性增強(qiáng)［22］。在水稻中也分離到NAC類型的轉(zhuǎn)錄因子，如SNAC1能被干旱脅迫所誘導(dǎo)，過(guò)量表達(dá)SNAC1的轉(zhuǎn)基因水稻抗旱性比野生型明顯地增強(qiáng)［23］。

除此之外，一些鋅指轉(zhuǎn)錄因子（如STZ）能通過(guò)負(fù)調(diào)控基因表達(dá)而增強(qiáng)植物抗旱性。在擬南芥中，受干旱、高鹽、冷等脅迫條件的誘導(dǎo)，編碼C2H2型鋅指轉(zhuǎn)錄因子的STZ基因上調(diào)表達(dá)。同時(shí)，過(guò)量表達(dá)STZ基因的轉(zhuǎn)基因擬南芥抗旱性增強(qiáng)［24］。此外，在擬南芥中過(guò)量表達(dá)STZ的直系同源基因CAZFP1時(shí)，除了能增強(qiáng)擬南芥抗旱性之外，抵御病原菌侵染的能力也增強(qiáng)［25］。

3 滲透調(diào)節(jié)小分子物質(zhì)

在水分匱乏的情況下，植物為抵御干旱脅迫，細(xì)胞內(nèi)可以大量合成甜菜堿（glycine betaine，GB）、脯氨酸（proline）、海藻糖（trehalose）、甘露醇（mannitol）等滲透性的有機(jī)小分子物質(zhì)，增加細(xì)胞的滲透勢(shì)，縮小與周圍環(huán)境的滲透勢(shì)差，從而使植物避免因高滲透勢(shì)差導(dǎo)致細(xì)胞過(guò)度失水死亡［26］（表2）。

植物可通過(guò)大量合成甜菜堿來(lái)應(yīng)答干旱脅迫［27］。在高等植物里，膽堿單加氧酶（choline monooxygenase，CMO）和甜菜堿醛基脫氫酶（betaine aldehyde dehydrogenase，BADH）是GB生物合成的2個(gè)關(guān)鍵酶。在煙草中過(guò)量表達(dá)COM基因時(shí)，能導(dǎo)致甜菜堿高水平的積累和煙草抗旱性的提高［28］。

與GB類似，脯氨酸也是一種重要的滲透調(diào)節(jié)分子。脯氨酸是水溶性很強(qiáng)的氨基酸，它的疏水端與蛋白質(zhì)聯(lián)結(jié)而親水端與水分子結(jié)合，從而使得蛋白通過(guò)脯氨酸能束縛更多的水分子，因此提高脯氨酸的合成能力能夠增強(qiáng)植物的抗旱性。吡咯啉－5－羧酸鹽還原酶（pyrroline－5－carboxylate synthetase，P5CR）是脯氨酸生物合成的一個(gè)關(guān)鍵酶［29］。P5CR基因在大豆（Glycinemax）、矮牽牛（Petuniahybrida）和煙草里已經(jīng)被鑒定，并且發(fā)現(xiàn)幾乎所有的轉(zhuǎn)化P5CR基因的植物都表現(xiàn)出脯氨酸的過(guò)量積累并伴隨其抗旱性的增強(qiáng)［30－31］。

海藻糖也是一個(gè)重要的滲透調(diào)節(jié)因子，轉(zhuǎn)化海藻糖生物合成的關(guān)鍵酶基因能提高植物的抗旱性。例如，轉(zhuǎn)化大腸桿菌海藻糖－6－磷酸合成酶（trehalose－6－phosphate synthase）TPS1基因能使海藻糖在轉(zhuǎn)基因煙草體內(nèi)大量積累，同時(shí)伴隨其抗旱性的增強(qiáng)。轉(zhuǎn)基因煙草還呈現(xiàn)出植株矮小、葉片呈柳葉刀型等抗旱性表型［32］。此外，過(guò)量表達(dá)酵母TPS1－TPS2融合基因的煙草比野生型的抗旱性更強(qiáng)，而且比僅過(guò)量表達(dá)TPS1的煙草在干旱條件下表現(xiàn)出更好的生長(zhǎng)狀況［33－34］。另外，用脅迫誘導(dǎo)型啟動(dòng)子rd29A驅(qū)動(dòng)大腸桿菌海藻糖合成的調(diào)控基因otsA、otsB與海藻糖－6－磷酸合成酶的磷酸化酶（trehalose－6－phosphate synthase phosphatase）基因TPSP在水稻中融合過(guò)量表達(dá)時(shí)，此融合基因otsA－otsB－TPSP僅在脅迫條件下被誘導(dǎo)激活，隨后轉(zhuǎn)基因水稻體內(nèi)的海藻糖能大量積累，對(duì)干旱、高鹽等非生物脅迫的耐受性也隨之提高［35－36］。

甘露醇也參與了滲透調(diào)節(jié)干旱脅迫。小麥的甘露醇－1－磷酸脫氫酶（mannitol－1－phosphate dehydrogenase）基因mt1D過(guò)量表達(dá)時(shí)，轉(zhuǎn)基因小麥體內(nèi)的甘露醇含量增加，對(duì)干旱和鹽脅迫的耐受性增強(qiáng)［37］。然而，將大腸桿菌的mt1D基因?qū)霟煵輹r(shí)，雖然在轉(zhuǎn)基因煙草體內(nèi)甘露醇也有積累，但轉(zhuǎn)基因煙草對(duì)脅迫的耐受性并未隨之提高［38］。據(jù)此，在通過(guò)轉(zhuǎn)化甘露醇生物合成相關(guān)基因提高植物的抗旱等脅迫的基因工程開始前，需首先確定這些基因是否與干旱等脅迫耐受性相關(guān)。

表2 應(yīng)用有機(jī)滲透分子的抗旱基因工程Table 2 Engineering of drought tolerance using organic osmolytes

4 活性氧清除分子

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，干旱通常會(huì)導(dǎo)致植物體內(nèi)活性氧（reactive oxygen species，ROS）如 O22－、O、H2O2、OH－等過(guò)量積累。高等植物具有ROS的清除系統(tǒng)，包括一些抗氧化酶，如超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、抗壞血酸超氧化酶（ascorbic acid oxidase，APX）、過(guò)氧化氫酶（catalase，CAT）和一些抗氧化的小分子，如抗壞血酸（ascorbic acid，AsA）、谷胱甘肽（glutathione，GSH）、維生素 E等［39，42］。通常植物體內(nèi) ROS清除系統(tǒng)能將ROS轉(zhuǎn)換為無(wú)氧化活性的化合物，使ROS得以清除，從而避免細(xì)胞膜脂的過(guò)氧化、新陳代謝酶類的氧化失活。

在干旱條件下，植物過(guò)量表達(dá)SOD和APX基因時(shí)，對(duì)干旱誘發(fā)生成的過(guò)量H2O2和O22－清除能力增強(qiáng)，轉(zhuǎn)基因植物表現(xiàn)出抗旱性增強(qiáng)。例如，過(guò)量表達(dá)葉綠體MnSOD基因的轉(zhuǎn)基因水稻比野生型表現(xiàn)出更強(qiáng)的抗旱性［41］。受干旱條件誘導(dǎo)，豌豆APX基因的轉(zhuǎn)錄水平提高，此時(shí)豌豆體內(nèi)的APX含量和活性都有所增加，呈現(xiàn)出抗旱性增強(qiáng)的表型［42］。此外，用脅迫誘導(dǎo)型啟動(dòng)子rd29A驅(qū)動(dòng)高羊茅（Festucaarundinacea）的APX－Cu／Zn－SOD融合基因在葉綠體里過(guò)量表達(dá)時(shí)，能有效地減輕干旱等脅迫條件所導(dǎo)致的氧化損傷，致使高羊茅抗干旱等脅迫的能力增強(qiáng)［43］。

植物體內(nèi)CAT活性的強(qiáng)弱與植物受脅迫的程度相關(guān)。Luna等［44］研究發(fā)現(xiàn)，在輕度的干旱脅迫條件下，煙草CAT的活性很低，但是在嚴(yán)重的干旱條件下CAT的活性增強(qiáng)。一些研究發(fā)現(xiàn)在嚴(yán)重干旱條件下，過(guò)量表達(dá)大腸桿菌CAT基因的轉(zhuǎn)基因煙草比野生型具有更強(qiáng)的抗旱性［45］。而且，研究還發(fā)現(xiàn)APX和CAT缺失的雙突變體煙草能通過(guò)抑制光合作用和提高參與磷酸戊糖途徑的基因、單脫氫抗壞血酸還原酶（monodehydroascorbate reductase）基因的表達(dá)水平，來(lái)緩解和降低干旱誘導(dǎo)的過(guò)量ROS對(duì)其造成的傷害，從而增強(qiáng)其抗旱性［46］。

抗氧化小分子的積累也能提高植物的抗旱性。例如，擬南芥和結(jié)縷草（Zoysia）能通過(guò)積累AsA／GSH和維生素E，清除體內(nèi)的OH－和O22－，減輕ROS所造成的損傷，使其在干旱條件下能夠正常的生長(zhǎng)和發(fā)育［47－48］。此外，西瓜（Citrullus）還能通過(guò)積累瓜氨酸和金屬硫蛋白來(lái)調(diào)節(jié)體內(nèi)的OH－和O22－的水平，使體內(nèi)的蛋白和DNA免受ROS的氧化損傷，使西瓜的抗旱性增強(qiáng)［49－50］。

5 多胺類分子

植物能通過(guò)積累多胺類化合物（polyamines，PAs），如腐胺（putrescine，Put）、亞精胺（spermidine，Spd）、精胺（spermine，Spm），來(lái)應(yīng)答干旱、冷、熱、重金屬等逆境脅迫。然而，這些PAs應(yīng)答脅迫的分子機(jī)制仍然不明確，因此分析增加的PAs的水平是脅迫誘導(dǎo)的結(jié)果或脅迫應(yīng)答的結(jié)果十分必要［51－52］。

最近，通過(guò)對(duì)功能獲得性和功能缺失性突變體的研究，證實(shí)了PAs具有應(yīng)答干旱等非生物脅迫的功能［53］。通過(guò)對(duì)不同植物調(diào)控PAs合成的基因ADC、SAMDC等進(jìn)行異源表達(dá)，發(fā)現(xiàn)這些基因能響應(yīng)干旱等非生物脅迫。擬南芥S－腺苷甲硫氨酸脫羧酶（S－Adenosyl methionine decaboxylase）SAMDC1基因過(guò)量表達(dá)時(shí)，轉(zhuǎn)基因株系體內(nèi)的Spm水平升高，對(duì)干旱、鹽等非生物脅迫的耐受性增強(qiáng)。同時(shí)，SAMDC1基因過(guò)量表達(dá)時(shí)，還能使ABA生物合成基因NCED3（9－cis－epoxycarotenoid dioxygenase）上調(diào)表達(dá)，轉(zhuǎn)基因株系體內(nèi)的ABA水平增加，ABA信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑增強(qiáng)，抗旱性也隨之顯著增強(qiáng)，說(shuō)明Spm能與ABA協(xié)同提高植物對(duì)干旱的耐受性，但Spm合成水平是否與ABA信號(hào)途徑有關(guān)尚無(wú)報(bào)道［54］。此外，在擬南芥中過(guò)量表達(dá)ADC2（arginine decarboxylase 2）基因時(shí)轉(zhuǎn)基因株系體內(nèi)的Put水平增加，擬南芥的抗旱性也隨之增強(qiáng)［55］。另外，對(duì)調(diào)控PAs生物合成相關(guān)基因的功能缺失性突變體進(jìn)行研究，也證實(shí)了PAs調(diào)控植物應(yīng)答干旱等非生物脅迫的功能。例如，擬南芥T－DNA插入突變體adc2對(duì)干旱高度敏感［56］，突變體acl5／spms（不能合成Spm）對(duì)干旱和鹽脅迫高度敏感。但是，在施加外源的PAs時(shí)，這些突變體對(duì)逆境脅迫的敏感表型能部分恢復(fù)。

6 小RNA分子

植物能編碼、剪切和積累21～24個(gè)核苷酸左右的小RNAs［57］，基于不同的生成機(jī)制可將其分類為miRNAs（microRNAs），ta－siRNAs（trans－acting siRNAs），nat－siRNAs（natural antisense siRNAs）和ra－siRNAs（repeatassociated siRNAs）。這些小RNAs通過(guò)對(duì)目的mRNA的降解、翻譯活動(dòng)的抑制和染色質(zhì)的修飾，調(diào)控目的基因的表達(dá)［58］。

通過(guò)高通量的生物技術(shù)（如基因芯片）對(duì)干旱條件下植物進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組分析，除發(fā)現(xiàn)了大量的差異表達(dá)基因，還發(fā)現(xiàn)miRNAs的表達(dá)也存在差異［58－60］。例如，在干旱條件下，擬南芥通過(guò)上調(diào)表達(dá)miR157、miR167、miR168、miR171、miR408、miR393、miR396、miR319和 miR397應(yīng)答干旱脅迫［58，61］。但是，三角葉楊（Populustrichocarpa）miR1446a－e、miR1444a、miR1447和 miR1450在干旱條件下表達(dá)水平下調(diào)，并且 miR1711－a、miR482.2、miR530a、miR827、miR1445和miR1448的表達(dá)也輕度下調(diào)來(lái)應(yīng)答干旱脅迫［62］。此外，在干旱、鹽等非生物脅迫條件下，菜豆（Phaseolusvulgaris）能通過(guò)輕度上調(diào)表達(dá)miR2118，適度上調(diào)表達(dá)miR159.2、miR393和miR1514應(yīng)答干旱等非生物脅迫［59－60］。這些研究表明，在干旱脅迫下，植物能通過(guò)上調(diào)或下調(diào)表達(dá)特異的miRNAs而增強(qiáng)對(duì)干旱等脅迫的耐受性。

7 展望

目前，一些應(yīng)答干旱脅迫的基因已經(jīng)被鑒定，一些重要的基因已經(jīng)通過(guò)轉(zhuǎn)基因技術(shù)成功地改善了植物的耐旱性。基因芯片、數(shù)字表達(dá)譜、轉(zhuǎn)錄組等高通量生物技術(shù)的應(yīng)用使得抗旱相關(guān)的候選基因的鑒定進(jìn)一步加快，這為植物抗旱基因工程的研究提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持。同樣，運(yùn)用最前沿的基因工程技術(shù)轉(zhuǎn)化抗旱性的基因，這對(duì)于發(fā)現(xiàn)新的抗旱相關(guān)的基因，并且研究其功能具有重要意義［4］。然而，目前植物抗旱基因工程的研究?jī)H僅是一個(gè)開始，在植物抗旱性的研究中還存在很多的問(wèn)題［5，12，26］。抗旱是由多基因控制的數(shù)量性狀，其生理生化過(guò)程是各基因間以及基因和環(huán)境間相互作用、共同調(diào)節(jié)的結(jié)果。植物抗旱分子機(jī)制十分復(fù)雜，了解還不夠全面深入，基因轉(zhuǎn)化獲得抗旱性植株還有很大的盲目性，因而必須加強(qiáng)對(duì)抗旱分子機(jī)制的研究。植物轉(zhuǎn)入單基因提高植物的抗旱性對(duì)有的基因和植物有效，對(duì)有的基因和植物卻無(wú)效，然而植物轉(zhuǎn)入復(fù)合基因能夠更好地提高植物的抗旱性，但這方面的研究在先前的報(bào)道中很少，可能是多個(gè)外源基因的滲入給植物帶來(lái)比較多的副作用［26］。為了避免給植物生長(zhǎng)和發(fā)育帶來(lái)影響，了解候選基因在植物生長(zhǎng)不同的時(shí)期和不同的部位表達(dá)也是轉(zhuǎn)基因技術(shù)中一個(gè)必須考慮的因素。轉(zhuǎn)基因的過(guò)量表達(dá)體系中普遍應(yīng)用的組成型表達(dá)啟動(dòng)子，如CaMV35S啟動(dòng)子，并不適用于每一個(gè)物種，并且消耗太多的植物能量而影響植物生長(zhǎng)和發(fā)育。對(duì)于植物應(yīng)答脅迫而不消耗太多的植物能量，脅迫誘導(dǎo)特異型啟動(dòng)子是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。轉(zhuǎn)基因植物的研究，通常在實(shí)驗(yàn)室受控的環(huán)境條件下，而田間的生長(zhǎng)環(huán)境多樣性，植物可能要在多種脅迫的環(huán)境條件下生存，成功地在田間運(yùn)用轉(zhuǎn)基因技術(shù)增強(qiáng)植物對(duì)多種脅迫環(huán)境的抗性還需要進(jìn)一步的研究。因此，深入研究各種脅迫之間的相互關(guān)系是非常重要而且必要的［26，63］。

最近的研究常常關(guān)注一些調(diào)節(jié)因子響應(yīng)脅迫應(yīng)答的機(jī)制。一些重要的脅迫應(yīng)答調(diào)節(jié)因子，通常彼此之間相互作用并且具有內(nèi)在的相互關(guān)系，如一些信號(hào)因子和轉(zhuǎn)錄因子能夠廣泛地調(diào)控植物應(yīng)答脅迫［63］，但其之間的相互關(guān)系十分復(fù)雜。近來(lái)，分子系統(tǒng)學(xué)和基因組學(xué)的分析已使復(fù)雜的基因調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)變得更加清晰，并且輔助發(fā)現(xiàn)了一些新的脅迫應(yīng)答因子和脅迫應(yīng)答調(diào)節(jié)機(jī)制，這些進(jìn)步使得利用基因工程技術(shù)改善植物抗旱性能獲得更好的結(jié)果。此外，一些新的基因工程的研究領(lǐng)域，如功能性蛋白、調(diào)控元件和RNA調(diào)節(jié)，在未來(lái)也將凸顯出它的重要性［4－5］。因此，根據(jù)不同的植物生長(zhǎng)發(fā)育周期和環(huán)境條件，運(yùn)用基因工程技術(shù)改善植物抗旱性將擁有越來(lái)越好的前景。

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