楊樹耐鹽轉(zhuǎn)基因研究最新進展

摘 要：隨著土壤鹽漬化加重，鹽脅迫成為限制植物生長和生產(chǎn)的重要環(huán)境因素之一。利用基因工程技術(shù)提高楊樹耐鹽性具有重要意義。本文在前人的基礎(chǔ)上，補充綜述了近年來楊樹耐鹽轉(zhuǎn)基因研究采用的耐鹽基因，進而整理并繪制了楊樹耐鹽基因參與的信號與代謝途徑圖譜，為篩選和培育耐鹽楊樹新品種提供了重要參考。

關(guān)鍵詞：楊樹；耐鹽；轉(zhuǎn)基因

中圖分類號：S72 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20171232028

進入21世紀(jì)以來，隨著全球人口的不斷增長、淡水資源急劇減少、工農(nóng)業(yè)污染日趨加劇，土壤鹽漬化日益嚴(yán)重。據(jù)估計，大約7%的世界陸地、20%的世界耕地都受到高鹽脅迫的影響。土壤鹽漬化已嚴(yán)重制約了我國農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。因此，開展耐鹽樹木新品種選育工作十分重要，而利用基因工程技術(shù)提高林木耐鹽性具有非常廣闊的前景。

楊樹無性繁殖容易、生長速度快、適應(yīng)性廣，是工業(yè)用材及防護林建設(shè)的重要造林樹種。2006年，毛果楊（Populus trichocarpa）全基因組測序完成。且楊樹具有基因組小，易導(dǎo)入外源基因等獨特優(yōu)勢。因此，楊樹成為林木基因工程研究的模式物種，耐鹽轉(zhuǎn)基因楊樹也成為林木抗逆研究的熱點。近年來，已有前人對楊樹耐鹽機制及轉(zhuǎn)基因研究進展進行了綜述[1，2]。但是，這些綜述所概括的耐鹽基因類型并不全面，僅綜述了部分在楊樹中遺傳轉(zhuǎn)化的耐鹽基因[2]。因此，本文在前人的基礎(chǔ)上，補充綜述了最近幾年來楊樹耐鹽轉(zhuǎn)基因研究采用的耐鹽基因，進而整理并繪制了楊樹耐鹽基因參與的信號與代謝途徑圖譜（圖1），這為深入了解楊樹耐鹽機制的網(wǎng)絡(luò)調(diào)控分子機制提供了重要信息，也為篩選和培育耐鹽楊樹新品種提供了重要參考。

1 離子通道相關(guān)基因

在鹽脅迫條件下，植物細(xì)胞可將細(xì)胞質(zhì)中的大部分Na+轉(zhuǎn)運并儲藏于液泡中，從而避免細(xì)胞質(zhì)中大量積累過量的Na+而對代謝造成傷害，也可使植物細(xì)胞因為滲透勢降低而吸收水分。之前已綜述，將Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運蛋白基因（OsNHX1，SsNHX1，AtNHX1，GmNHX1，HbNHX1）轉(zhuǎn)入楊樹后，對于維持細(xì)胞質(zhì)中離子的動態(tài)平衡，緩解高濃度Na+的毒害作用發(fā)揮了重要作用。此外，在鹽脅迫條件下，不僅Na+會對細(xì)胞組分造成損傷，Cl-也會對細(xì)胞造成傷害。Sun等[3]發(fā)現(xiàn)，在雜交楊（美洲黑楊×速生歐美黑楊）中過量表達(dá)大豆GmCLC1，可大大改善楊樹耐鹽性，且減少膜結(jié)構(gòu)的損害和增強鹽脅迫過程中的滲透調(diào)節(jié)和抗氧化酶調(diào)節(jié)功能。GmCLC1編碼定位于液泡膜上Cl-轉(zhuǎn)運蛋白，其可將細(xì)胞質(zhì)中的Cl-離子區(qū)隔化進入液泡，從而降低鹽脅迫的毒性作用。Yang等[4]報道，在150mM NaCl的脅迫條件下，過量表達(dá)毛果楊液泡膜焦磷酸酶PtVP1.1基因的白楊與野生型相比，轉(zhuǎn)基因植物具有更高的生長量。且轉(zhuǎn)基因植物根系中Na+外排和H +流入量也明顯高于野生型植物。液泡膜焦磷酸酶和液泡膜H+-ATP酶組成液泡膜質(zhì)子泵，與跨液泡膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運有密切關(guān)系?？傊?，這些離子通道相關(guān)蛋白基因可以進行遺傳工程改造樹木耐鹽性。

2 轉(zhuǎn)錄因子相關(guān)基因

在轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)控脅迫響應(yīng)基因的表達(dá)是植物應(yīng)答鹽脅迫的重要策略之一，而轉(zhuǎn)錄因子在此過程中起到非常重要的作用。因此，將某些鹽脅迫相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子基因轉(zhuǎn)入楊樹后，在一定程度上提高了楊樹的耐鹽性。將轉(zhuǎn)錄因子TabZIP基因和DREB基因（AhDREB1，DREB1C，AtDREB1A）轉(zhuǎn)入楊樹后，在一定程度上提高了楊樹的耐鹽性[2]。此外，Li等[5]將番茄中編碼乙酰應(yīng)答因子的茉莉酮乙烯應(yīng)答因子基因（JERFs）轉(zhuǎn)入雜交楊（銀白楊×中東楊）中，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因植物與野生型對照相比，在抵御鹽脅迫方面有更強的能力。Yu等[6]的研究結(jié)果表明，將克隆自擬南芥的AtHDG11基因轉(zhuǎn)入毛白楊，與野生型相比，轉(zhuǎn)基因植物表現(xiàn)出了顯著增強的鹽脅迫耐受性，脯氨酸含量，可溶性糖含量和活性氧清除酶的活性顯著增加，且具有發(fā)育良好的根系。NAC蛋白是植物中最大的轉(zhuǎn)錄因子家族之一，廣泛存在于陸生植物中。Movahedi等[7]將鷹嘴豆中的CarNAC3基因?qū)朊乐藓跅睢了偕鷼W美黑楊‘Nanlin895后，轉(zhuǎn)基因植株耐鹽試驗證明轉(zhuǎn)基因株系耐鹽能力優(yōu)于野生型對照。

3 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)基因

植物通過調(diào)控復(fù)雜的信號網(wǎng)絡(luò)來應(yīng)對鹽脅迫。鹽超敏感蛋白SOS2基因編碼一個絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，該酶可激活K+和Na+轉(zhuǎn)運蛋白的活性。Jie等[8]和Yang等[9]將PtSOS2基因分別導(dǎo)入到了雜交楊（歐洲山楊×美洲山楊T89）和山新楊（山楊×新疆楊）中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因植株的耐鹽性均顯著提高。類鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶是一種鈣結(jié)合蛋白，被認(rèn)為在植物信號傳導(dǎo)中發(fā)揮重要功能。Li等[10]將胡楊中的類鈣調(diào)磷酸酶B亞基基因PeCBL6/PeCBL10轉(zhuǎn)入3倍體毛白楊，在高鹽、干旱和冷脅迫條件下，轉(zhuǎn)基因苗木的抗性都優(yōu)于對照。Shaggy類蛋白激酶廣泛存在于植物細(xì)胞中，一般作為信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的負(fù)調(diào)節(jié)因子。Han等[11]將源自擬南芥的AtGSK1導(dǎo)入雜交楊（銀白楊×歐洲山楊），轉(zhuǎn)基因植株表現(xiàn)出了優(yōu)良的抗旱性和耐鹽性。

4 其它基因

除了以上所述的耐鹽基因外，活性氧清除酶基因（TaMnSOD，chlAPX）、甜菜堿合成相關(guān)基因（BADH，CMO，SeCMO，Bet-A）、糖醇合成基因（mtl-D，gut-D）和胚胎發(fā)育晚期豐富蛋白基因（TaLEA）也被研究者們轉(zhuǎn)入楊樹中（圖1），并發(fā)現(xiàn)這些轉(zhuǎn)基因植株與野生型對照相比，具有更強的耐鹽性。

5 結(jié)論與展望

土壤鹽漬化已經(jīng)成為全球性的生態(tài)問題，因此耐鹽轉(zhuǎn)基因楊樹的研究具有重要意義。到目前為止，研究者們已成功培育出幾十種具有一定耐鹽性的轉(zhuǎn)基因楊樹（圖1）。我國擁有豐富的鹽生植物資源，發(fā)掘利用這些抗鹽植物資源，加強抗鹽機理研究，對加速我國農(nóng)林經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，以及加強鹽漬土壤的治理和綜合開發(fā)具有重大意義。隨著植物耐鹽分子機制研究的不斷深入和轉(zhuǎn)基因技術(shù)的不斷發(fā)展，利用基因工程手段提高楊樹耐鹽性，必將取得可喜的進展。

參考文獻

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作者簡介：梁斌，河南省新鄉(xiāng)市人，本科，助理工程師，研究方向為森林培育。