MYB轉(zhuǎn)錄因子在植物耐鹽基因工程中的應(yīng)用進(jìn)展

李君霞，王春義，丁宇濤，代書桃，朱燦燦，宋迎輝，秦 娜，陳宇翔

(河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 糧食作物研究所，河南 鄭州450002)

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全世界鹽堿地總面積約為9.54億hm2，我國(guó)鹽堿地總面積約為3 600萬hm2，鹽堿化的耕地約760萬hm2，占全國(guó)可利用土地總面積的4.88%[1-2]。土壤鹽漬化是主要的環(huán)境脅迫因子之一，嚴(yán)重影響植物生長(zhǎng)及作物產(chǎn)量，進(jìn)而影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)[3-5]。因此，進(jìn)行植物耐鹽育種具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。植物的耐鹽性大多屬于受多基因控制的復(fù)雜數(shù)量性狀，耐鹽機(jī)制復(fù)雜，利用傳統(tǒng)育種方法改良植物的耐鹽性進(jìn)展緩慢、收效甚微。利用現(xiàn)代分子生物技術(shù)發(fā)掘利用優(yōu)異的耐鹽基因資源來改良植物的耐鹽性是提高植物耐鹽豐產(chǎn)能力有效的途徑。

植物對(duì)早期鹽脅迫信號(hào)的感知、轉(zhuǎn)導(dǎo)主要由轉(zhuǎn)錄因子控制，例如DREB(dehydration responsive element binding factors)、bZIP(basic leucine zipper)、NAC/NAM(no apical meristem)、ATAF1(Arabidopsistranscription activation factor 1)、MYB(v-MYB avian myeloblastosis viral oncogene homolog)等。其中，MYB轉(zhuǎn)錄因子是植物中最大的轉(zhuǎn)錄因子家族之一[3]，目前已在擬南芥(Arabidopsisthaliana)、水稻(Oryzasativa)、棉花(Gossypiumhirsutum)、馬鈴薯(Solanumtuberosum)中分別鑒定了198、183、200、233個(gè)MYB基因[6-9]。MYB轉(zhuǎn)錄因子家族成員眾多，功能多樣，參與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)[10-11]、木質(zhì)部發(fā)生和木質(zhì)素合成[12-14]、花青素合成等[15]，而且還參與植物對(duì)高鹽、低溫等非生物脅迫及病原菌侵染等生物脅迫的抗逆反應(yīng)[16-30]。目前，眾多研究已經(jīng)證實(shí)過表達(dá)MYB基因可以提高轉(zhuǎn)基因植株的耐鹽性[23-30]。本文闡述了MYB轉(zhuǎn)錄因子的基本結(jié)構(gòu)及其在擬南芥、煙草(Nicotianatabacum) 及水稻、大豆(Glycinemax)、番茄(Solanumlycopersicum)等植物耐鹽基因工程中應(yīng)用的研究進(jìn)展，以期為MYB轉(zhuǎn)錄因子的利用及植物耐鹽遺傳改良和育種提供參考。

1 MYB轉(zhuǎn)錄因子的基本結(jié)構(gòu)特征

MYB 轉(zhuǎn)錄因子的得名是因其N端都有一段高度保守的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域，即 MYB結(jié)構(gòu)域，且該結(jié)構(gòu)域由1～4個(gè)串聯(lián)的不完全重復(fù)序列(R)組成，該重復(fù)序列由大約52個(gè)氨基酸組成[31]，包含氨基酸殘基和間隔序列，其中氨基酸殘基以螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋(HTH)的形式參與到與DNA的結(jié)合過程中[32]，間隔序列則由一個(gè)色氨酸殘基組成，大約每間隔18個(gè)氨基酸就會(huì)間隔著一個(gè)色氨酸殘基，序列中均勻分布的3個(gè)色氨酸殘基形成一個(gè)疏水核心[33]，對(duì)維持HTH的構(gòu)型具有重要意義[34]。MYB轉(zhuǎn)錄因子的C端是具有多樣性的轉(zhuǎn)錄調(diào)控區(qū)域，調(diào)控蛋白活性。

根據(jù)MYB重復(fù)序列數(shù)目，MYB轉(zhuǎn)錄因子可以分為4種類型：4R-MYB含有4個(gè)重復(fù)序列，3R-MYB(R1R2R3-MYB)含有3個(gè)連續(xù)的重復(fù)序列，R2R3-MYB含有2個(gè)重復(fù)序列，1R-MYB/MYB-related類型通常(但不一定)只包含1個(gè)單一的MYB重復(fù)序列[31，35-36]。4種類型的MYB轉(zhuǎn)錄因子在植物中均有發(fā)現(xiàn)，以R2R3-MYB類型居多，例如水稻、擬南芥中R2R3-MYB類型分別占所有MYB轉(zhuǎn)錄因子的56.77%、70.05%[37]，而且抵御逆境有關(guān)的MYB轉(zhuǎn)錄因子大部分都是R2R3-MYB類型[23-30]。

2 MYB轉(zhuǎn)錄因子在植物耐鹽基因工程中的應(yīng)用進(jìn)展

目前，已在不同植物中分離并克隆得到很多MYB基因，且一部分MYB基因在擬南芥、煙草、糧食及經(jīng)濟(jì)作物等中超表達(dá)提高了轉(zhuǎn)基因植株的耐鹽性甚至產(chǎn)量[23-30，38]，為今后植物的耐鹽遺傳改良奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.1 擬南芥耐鹽基因工程

對(duì)基因功能的研究大部分從模式植物擬南芥開始，因?yàn)閿M南芥染色體少、基因組小，轉(zhuǎn)化周期短，且轉(zhuǎn)化再生體系已經(jīng)非常成熟。將來自擬南芥、小麥(Triticumaestivum)、苦蕎麥(Fagopyrumtataricum)、水稻、玉米(Zeamays)、大豆、棉花、苜蓿(Medicagotruncatula)、扁豆(Lablabpurpureus)等中的MYB基因在擬南芥中進(jìn)行超表達(dá)，提高了轉(zhuǎn)基因擬南芥植株的耐鹽性[23-30，38]，為植物耐鹽育種奠定了基礎(chǔ)。

2.1.1 擬南芥MYB基因

擬南芥AtMYB44基因受干旱、高鹽、低溫、脫落酸(abscisic acid，ABA)誘導(dǎo)表達(dá)，在維管結(jié)構(gòu)和葉表皮的保衛(wèi)細(xì)胞中表達(dá)，超表達(dá)AtMYB44基因的轉(zhuǎn)基因擬南芥植株較野生型對(duì)照生長(zhǎng)緩慢，花期推遲，且籽粒變小，但是在高鹽脅迫下條件下的存活率較野生型對(duì)照顯著提高3.9～4.2倍；轉(zhuǎn)基因植株對(duì)ABA的敏感性增強(qiáng)，在ABA處理下，氣孔開度變小，氣孔關(guān)閉速度加快；進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因植株中一些編碼PP2Cs(serine/threonine protein phosphatases 2C)蛋白(負(fù)調(diào)控ABA信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo))的鹽誘導(dǎo)基因的表達(dá)量下調(diào)，例如ABI2(abscisic acid-insensitive 2)、PP2CA等[23]。說明AtMYB44通過下調(diào)一些PP2Cs基因的表達(dá)來提高轉(zhuǎn)基因植株的耐鹽性。類似地，AtMYB20基因也受高鹽、干旱、ABA誘導(dǎo)表達(dá)，超表達(dá)AtMYB20基因也提高轉(zhuǎn)基因擬南芥植株的耐鹽性，轉(zhuǎn)基因植株葉綠素含量顯著高于野生型對(duì)照，失水率顯著低于野生型對(duì)照；且表達(dá)分析發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因植株中編碼PP2Cs蛋白的基因ABI1、ABI2、AtPP2CA的表達(dá)量也下調(diào)[24]。說明AtMYB20也是通過下調(diào)編碼PP2Cs蛋白基因的表達(dá)來提高轉(zhuǎn)基因植株的耐鹽性。此外，AtMYB15基因在營(yíng)養(yǎng)器官、生殖器官及氣孔保衛(wèi)細(xì)胞中均表達(dá)，也受ABA、干旱、高鹽誘導(dǎo)表達(dá)，在擬南芥中超表達(dá)AtMYB15基因，ABA處理后，轉(zhuǎn)基因植株氣孔開度降低、氣孔關(guān)閉速度加快，且轉(zhuǎn)基因植株中ABA合成基因ABA1、ABA2，ABA信號(hào)基因ABI3，ABA依賴途徑中的脅迫響應(yīng)基因AtADH1(alcohol dehydrogenase 1)、RD22(responsive to dehydration 22)、RD29B的表達(dá)量均上調(diào)；高鹽脅迫條件下，轉(zhuǎn)基因植株的耐鹽性提高[25]。說明超表達(dá)AtMYB15基因植株耐鹽性的提高可能歸因于ABA合成、信號(hào)、響應(yīng)基因表達(dá)量的提高。

2.1.2 糧食作物MYB基因

小麥TaMYB73基因受干旱、高鹽、茉莉酸(jasmonic acid，JA)、ABA等誘導(dǎo)表達(dá)，在擬南芥中超表達(dá)該基因，正常條件下，轉(zhuǎn)基因植株表型與載體對(duì)照無差異；但在水培高鹽條件下，載體對(duì)照植株葉片生長(zhǎng)緩慢，根長(zhǎng)明顯較轉(zhuǎn)基因植株短；在土培高鹽脅迫條件下，轉(zhuǎn)基因植株同樣表現(xiàn)出較強(qiáng)的生長(zhǎng)能力，轉(zhuǎn)基因植株的耐鹽性提高；且轉(zhuǎn)基因植株中一些調(diào)節(jié)基因CBF3(C-repeat binding transcription factor 3)、ABF3(ABA responsive element binding factors 3)及下游響應(yīng)基因(AtRD29A、AtRD29B)的表達(dá)量均上調(diào)；進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，TaMYB73可與AtCBF3、AtABF3基因啟動(dòng)子序列結(jié)合[26]。說明TaMYB73通過上調(diào)AtCBF3、AtABF3等基因的表達(dá)來提高轉(zhuǎn)基因植株的耐鹽性。類似地，TaMYB33基因也受干旱、高鹽、ABA誘導(dǎo)表達(dá)，在擬南芥中超表達(dá)TaMYB33基因，高鹽脅迫條件下，轉(zhuǎn)基因植株的根長(zhǎng)也顯著增加；進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因植株中ICE1(inducer of CBF expression 1)、AAO3( abscisic aldehyde oxidase 3)、P5CS(Δ1-pyrroline-5-carboxylate synthetase)基因及鋅指蛋白基因AZF2、ZAT12的表達(dá)量顯著提高[27]，說明TaMYB33可能通過調(diào)節(jié)滲透平衡和ROS清除來提高轉(zhuǎn)基因植株的耐鹽性。另外，TaMYB19基因受干旱、高鹽、低溫、ABA誘導(dǎo)表達(dá)，在擬南芥中超表達(dá)該基因，經(jīng)300 mmol·L-1NaCl處理7 d后，所有野生型對(duì)照均死亡，轉(zhuǎn)基因植株的存活率為32.75%～41.4%；高鹽脅迫條件下，轉(zhuǎn)基因植株葉片可溶性糖含量較野生型對(duì)照顯著增加，丙二醛(malondialehyde，MDA)含量和電解質(zhì)滲漏率均顯著低于野生型對(duì)照；另外，超表達(dá)TaMYB19基因還提高了轉(zhuǎn)基因擬南芥植株的耐冷性，-8 ℃處理6 h后常溫培養(yǎng)1 d，野生型對(duì)照全部死亡，轉(zhuǎn)基因植株存活率為67.6%～70.6%[28]。此外，TaSIM[29]、TaMYB32[30]、TaMYB56-B[38]基因也均受高鹽脅迫誘導(dǎo)表達(dá)，分別在擬南芥中超表達(dá)這些基因，也均提高了轉(zhuǎn)基因植株的耐鹽性，且超表達(dá)TaMYB56-B基因植株中一些冷脅迫誘導(dǎo)基因的表達(dá)量上調(diào)，例如DREB1A/CBF3、COR15a(cold regulated 15a)等基因，說明TaMYB56-B基因通過調(diào)控一些參與DREB1/CBF信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的脅迫相關(guān)基因的表達(dá)來介導(dǎo)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。

苦蕎麥FtMYB9基因受干旱、高鹽、低溫、ABA誘導(dǎo)表達(dá)，在擬南芥中超表達(dá)該基因提高了轉(zhuǎn)基因植株對(duì)ABA的敏感性。高鹽脅迫條件下，轉(zhuǎn)基因植株的存活率(80%)顯著高于野生型對(duì)照，轉(zhuǎn)基因植株葉片MDA含量降低，脯氨酸含量和保水能力提高，且一些脅迫相關(guān)基因(P5CS1、DREB2A、RD29B、COR15A等)的表達(dá)量升高[39]。FtMYB13基因也受干旱、高鹽、ABA誘導(dǎo)表達(dá)，但在擬南芥中超表達(dá)該基因降低了轉(zhuǎn)基因植株對(duì)ABA的敏感性，同樣提高了轉(zhuǎn)基因植株的耐鹽性；在高鹽脅迫條件下，轉(zhuǎn)基因植株活性氧和MDA含量降低，脯氨酸含量和光合效率增加，一些脅迫相關(guān)基因CBF1、CBF2、CBF3、COR15A、DREB2A、ERD10(early responsive to dehydration 10)、KIN1(kinase 1)、P5CS1、RD17、RD22、RD29A、RD29B的表達(dá)量提高[40]。

除了小麥、蕎麥，水稻[41]和玉米[42]MYB基因在擬南芥中超表達(dá)也提高了轉(zhuǎn)基因植株的耐鹽性。水稻OsMYB3R-2基因受干旱、高鹽、低溫誘導(dǎo)表達(dá)，超表達(dá)該基因的轉(zhuǎn)基因擬南芥植株生長(zhǎng)稍微緩慢，發(fā)芽對(duì)ABA不敏感，但耐鹽、耐低溫能力提高，且一些脅迫響應(yīng)基因DREB2A、COR15a、RCI2A(rare-cold-inducible 2A)的表達(dá)量提高[41]。玉米ZmMYB3R基因受干旱、高鹽、ABA誘導(dǎo)表達(dá)，超表達(dá)該基因提高了轉(zhuǎn)基因擬南芥植株在干旱和高鹽脅迫條件下的存活率；且轉(zhuǎn)基因植株過氧化氫酶(catalase，CAT)、過氧化物酶(peroxidase，POD)、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)活性，對(duì)ABA的敏感性提高，氣孔關(guān)閉速度加快，一些脅迫/ABA響應(yīng)基因RD29A、RD29B、ABF3、ABA1、NCED3(nine-cis epoxycarotenoid dioxygenase 3)的表達(dá)量提高，說明ZmMYB3R通過依賴于ABA的途徑提高轉(zhuǎn)基因植株的耐鹽性[42]。

2.1.3 經(jīng)濟(jì)作物MYB基因

經(jīng)濟(jì)作物大豆GmMYB76基因受高鹽誘導(dǎo)表達(dá)，GmMYB92基因受高鹽和低溫誘導(dǎo)表達(dá)，GmMYB177基因受干旱和高鹽誘導(dǎo)表達(dá)，超表達(dá)GmMYB76、GmMYB92、GmMYB177基因的轉(zhuǎn)基因擬南芥植株對(duì)ABA的敏感性均增強(qiáng)，高鹽脅迫條件下，超表達(dá)GmMYB76、GmMYB92、GmMYB177基因的擬南芥植株的存活率均較野生型對(duì)照顯著升高，且超表達(dá)GmMYB76、GmMYB92基因的擬南芥植株的存活率高于超表達(dá)GmMYB177基因的擬南芥植株；低溫脅迫條件下，超表達(dá)GmMYB76、GmMYB92、GmMYB177基因的擬南芥植株的脯氨酸含量均較野生型對(duì)照顯著提高，存活率也提高，但僅超表達(dá)GmMYB76、GmMYB177基因的擬南芥植株達(dá)到顯著水平；表達(dá)分析發(fā)現(xiàn)，超表達(dá)GmMYB76、GmMYB92、GmMYB177基因擬南芥植株中一些脅迫相關(guān)基因的表達(dá)量上調(diào)，但這些基因不盡相同，分別是rd29B、DREB2A、P5CS、RD17、ERD10、COR78/rd29A，DREB2A、RD17、P5CS，rd29B、ABI2、DREB2A、RD17、P5CS、ERD10、COR6.6、ERD11、COR78，其中DREB2A、RD17、P5CS3基因均能被GmMYB76、GmMYB92、GmMYB177基因上調(diào)表達(dá)[43]。另一個(gè)大豆MYB基因GmMYB12B2不僅受高鹽誘導(dǎo)表達(dá)，還受UV(ultraviolet)誘導(dǎo)表達(dá)，超表達(dá)GmMYB12B2基因可以提高轉(zhuǎn)基因擬南芥植株對(duì)UV和高鹽的抗性，且提高了脯氨酸含量和一些鹽脅迫相關(guān)基因(DREB2A、RD17)的表達(dá)量[44]。從野生大豆中克隆GsMYB15基因，其受高鹽、蟲害、JA、水楊酸(salicylic acid，SA)誘導(dǎo)表達(dá)，在擬南芥中超表達(dá)該基因，高鹽脅迫條件下，野生型對(duì)照全部停止生長(zhǎng)且葉片萎蔫變白，而轉(zhuǎn)基因植株的存活率在42%～53%；同時(shí)，轉(zhuǎn)基因植株對(duì)棉鈴蟲的抗性也提高；進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因植株中一些鹽脅迫相關(guān)基因D29B、DREB2A、MYB2、ANACO19及防御相關(guān)基因EDR1、ACS6(1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid synthase 6)、PAD4(phytoalexin deficient 4)、APX1(ascorbic acid peroxidase 1)、CYP79B2(cytochrome oxidase P450 79B2)的表達(dá)量提高[45]，說明GsMYB15通過上調(diào)上述鹽脅迫及防御相關(guān)基因的表達(dá)來提高轉(zhuǎn)基因植株的耐鹽性和抗蟲性。

除了大豆，經(jīng)濟(jì)作物棉花[46]、苜蓿[47-48]中一些MYB基因也能提高轉(zhuǎn)基因擬南芥植株的耐鹽性。棉花GhMYB73基因受高鹽、ABA誘導(dǎo)表達(dá)，在擬南芥中超表達(dá)該基因，高鹽脅迫條件下，轉(zhuǎn)基因植株的子葉綠化率較野生型對(duì)照提高，且一些滲透脅迫基因NHX1(Na+/H+antiporter 1)、SOS3(salt overly sensitive 3)、P5CS1的表達(dá)量提高，推測(cè)GhMYB73通過提高滲透脅迫能力來提高轉(zhuǎn)基因植株的耐鹽性[46]。苜蓿MtMYBS1基因受高鹽、干旱、ABA誘導(dǎo)表達(dá)，在擬南芥中超表達(dá)該基因提高了轉(zhuǎn)基因植株的耐鹽性和耐滲透性。高鹽脅迫條件下，轉(zhuǎn)基因植株脯氨酸含量提高，MDA含量降低，且一些鹽脅迫誘導(dǎo)基因AtRD22、AtRD29A、AtRD29B、AtP5CS、AtMYB2、AtDREB2a的表達(dá)量提高[47]，說明MtMYBS1通過上調(diào)這些鹽脅迫相關(guān)基因的表達(dá)來提高轉(zhuǎn)基因植株的耐鹽性。類似地，MsMYB4基因也受鹽誘導(dǎo)表達(dá)，在擬南芥中超表達(dá)該基因同樣提高了轉(zhuǎn)基因植株的耐鹽性[48]。

2.1.4 其他植物MYB基因

除了上述植物，在擬南芥中超表達(dá)甜櫻桃(Prunusavium)、菊花(Chrysanthemummorifolium)、玫瑰(Rosahybrida)、扁豆等植物中的MYB基因也能提高轉(zhuǎn)基因植株的耐鹽性[49-56]。

甜櫻桃PacMYBA基因受高鹽、SA、JA誘導(dǎo)表達(dá)，在擬南芥中超表達(dá)該基因，提高了轉(zhuǎn)基因植株對(duì)高鹽和Pseudomonassyringepv. tomato的抗性，其中高鹽脅迫條件下，轉(zhuǎn)基因植株葉片滲透勢(shì)降低，脯氨酸含量和POD活性增加，且一些高鹽脅迫相關(guān)基因GST1(glutathione-s-transferase 1)、APX1等及病菌防護(hù)相關(guān)基因PR-1(pathogenesis related gene-1)、PR-2、PR-5等的表達(dá)量提高[49]。說明PacMYBA通過上調(diào)這些鹽脅迫及病菌防護(hù)相關(guān)基因的表達(dá)來提高轉(zhuǎn)基因植株的耐鹽性。菊花CmMYB2基因除了受高鹽誘導(dǎo)外，還受干旱、低溫、ABA誘導(dǎo)表達(dá)，超表達(dá)該基因的轉(zhuǎn)基因植株開花時(shí)間推遲，對(duì)ABA的敏感性增強(qiáng)，氣孔開度降低，抗旱性(存活率是野生型對(duì)照的4倍多)和耐鹽性(存活率是野生型對(duì)照的3倍)均顯著提高；進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因植株中一些脅迫相關(guān)基因RD22、RD29A、RAB18(responsive to ABA 18)、COR47、ABA1、ABA2的表達(dá)量提高，一些開花相關(guān)基因CO(CONSTANS)、FT(flowering locus T)、SOC1(suppressor of overexpression of constans 1)、LFY(LEAFY)、AP1(APETALA1)的表達(dá)量降低[50]，說明轉(zhuǎn)CmMYB2基因植株開花推遲和抗逆性的提高歸因于這些開花相關(guān)基因表達(dá)量的降低和抗逆相關(guān)基因表達(dá)量的提高。類似地，玫瑰RhMYB96基因也受高鹽、干旱誘導(dǎo)表達(dá)，超表達(dá)RhMYB96基因也增強(qiáng)了轉(zhuǎn)基因擬南芥植株對(duì)ABA的敏感性，高鹽脅迫條件下，轉(zhuǎn)基因植株主根長(zhǎng)和生物量增加，清除活性氧能力增強(qiáng)，一些脅迫相關(guān)基因RD29A、RAB18、RD20、RD26、KIN2、P5CS1、P5CS2及ABA相關(guān)基因ABI1、ABI2、HAI1(hepatocyte growth factor activator inhibition 1)的表達(dá)量上調(diào)[51]。綜上，RhMYB96可能通過調(diào)控這些脅迫及ABA相關(guān)基因表達(dá)量的提高進(jìn)而提高轉(zhuǎn)基因植株的耐鹽性和ABA敏感性。另外，超表達(dá)扁豆LpMYB1基因也提高了轉(zhuǎn)基因擬南芥植株的抗旱性和耐鹽性[52]；超表達(dá)LcMYB1(LeymuschinensisMYB1)基因通過提高轉(zhuǎn)基因擬南芥植株活性氧清除能力來提高轉(zhuǎn)基因植株的耐鹽性[53]；超表達(dá)FvMYB1(Fraxinusvelutina MYB1)基因不僅提高了轉(zhuǎn)基因擬南芥植株活性氧清除能力，還提高了滲透調(diào)節(jié)能力及一些脅迫響應(yīng)基因DREB、RD29A、ERD10C、SOD、P5CS、LEA5(late-embryogenesis-abundant protein)、ADC1(arginine decarboxylase 1)表達(dá)量，進(jìn)而提高了轉(zhuǎn)基因植株的耐鹽性[54]。

MYB基因除了通過提高脅迫相關(guān)基因的表達(dá)量來提高轉(zhuǎn)基因植株的耐鹽性外，還能夠通過調(diào)控根系發(fā)育來提高轉(zhuǎn)基因植株的耐鹽性[55-56]。CpMYB10(CraterostigmaplantagineumMYB10)受干旱和ABA誘導(dǎo)表達(dá)，超表達(dá)CpMYB10基因擬南芥植株具有龐大的根系，抗旱、耐鹽性提高；且轉(zhuǎn)基因植株對(duì)葡萄糖不敏感，對(duì)ABA敏感性增強(qiáng)，說明CpMYB10可以改變ABA和葡萄糖信號(hào)響應(yīng)[55]。毛果楊(Populustrichocarpa)PtrSSR1基因受高鹽誘導(dǎo)表達(dá)，在擬南芥中超表達(dá)該基因，轉(zhuǎn)基因植株對(duì)ABA的敏感性增加，內(nèi)源ABA水平升高，且轉(zhuǎn)基因植株側(cè)根發(fā)生受抑制；但高鹽脅迫條件下，轉(zhuǎn)基因植株的耐鹽性提高，且側(cè)根發(fā)生較野生型對(duì)照快；進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因植株中一些ABA和高鹽脅迫相關(guān)基因NCED3、ABI1、CBL1的表達(dá)量提高[56]。說明PtrSSR1基因通過調(diào)控側(cè)根發(fā)生和ABA信號(hào)來提高轉(zhuǎn)基因植株的耐鹽性。

2.2 煙草耐鹽基因工程

除了擬南芥外，煙草也是遺傳轉(zhuǎn)化的模式植物， 具有遺傳轉(zhuǎn)化操作容易、組織培養(yǎng)周期短、轉(zhuǎn)化效率高等優(yōu)點(diǎn)，可以大大縮短轉(zhuǎn)化再生周期。目前，已將小麥、蘋果(Malusdomestica)、甘蔗(Saccharumofficinarum)等的MYB基因在煙草中進(jìn)行了超表達(dá)，不同程度上提高了轉(zhuǎn)基因煙草植株的耐鹽性[57-63]。

小麥TaODORANT1基因受干旱、高鹽、ABA、H2O2誘導(dǎo)表達(dá)，超表達(dá)該基因的轉(zhuǎn)基因煙草植株對(duì)ABA的敏感性增強(qiáng)；高鹽脅迫條件下，轉(zhuǎn)基因植株葉片CAT活性較野生型對(duì)照提高，離子滲透率、MDA含量及H2O2水平均降低，根系增長(zhǎng)，耐鹽性提高，且轉(zhuǎn)基因植株的抗旱性也提高；表達(dá)分析發(fā)現(xiàn)，干旱和高鹽條件下，一些脅迫相關(guān)基因NtCAT、NtNCED3、NtERD10C、NtERD10D、NtLEA5、NtABF2、NtLTP3(lipid-transfer protein 3)、NtP5CS1、NtSAMDC(S-adenosyl-L-methionine decarboxylase gene)、NtADC的表達(dá)量提高[57]。類似地，TaPIMP1基因也可提高轉(zhuǎn)基因煙草的抗旱性、耐鹽性，還可提高轉(zhuǎn)基因植株對(duì)青枯病(Ralstoniasolanacearum)的抗病性，轉(zhuǎn)基因植株的苯丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶(phenylalanine ammonia-lyase，PAL)和SOD活性提高[58]。

蘋果MdSIMYB1基因受干旱、高鹽、低溫及IAA、ABA誘導(dǎo)表達(dá)，超表達(dá)MdSIMYB1基因煙草種子萌發(fā)對(duì)ABA不敏感，且轉(zhuǎn)基因煙草植株的耐鹽、抗旱、耐冷性提高，這主要得益于一些脅迫響應(yīng)基因(NtDREB1A、NtERD10B、NtERD10C)表達(dá)量的提高；另外，超表達(dá)MdSIMYB1基因促進(jìn)了轉(zhuǎn)基因煙草植株根系的生長(zhǎng)，轉(zhuǎn)基因植株根系強(qiáng)壯，從而有利于提高轉(zhuǎn)基因植株的抗逆性，進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，根系強(qiáng)壯主要?dú)w因于轉(zhuǎn)基因植株中生長(zhǎng)素響應(yīng)基因NtIAA4.2、NtIAA4.1、NtIAA2.5表達(dá)量的提高[59]。同樣地，在煙草中超表達(dá)甘蔗SoMYB18基因也提高了轉(zhuǎn)基因植株的抗旱性和耐鹽性，高鹽脅迫條件下，轉(zhuǎn)基因植株SOD、CAT活性升高，脯氨酸、葉綠素含量增加，脂質(zhì)過氧化程度減輕[60]；超表達(dá)SsMYB18(SaccharumspontaneumMYB18)基因提高了轉(zhuǎn)基因煙草植株的耐鹽性和耐冷性，轉(zhuǎn)基因植株抗氧化酶SOD、POD、CAT活性增加，MDA含量降低，脯氨酸含量增加[61]；超表達(dá)海欖雌(Avicenniamarina)AmMYB1基因同樣提高了轉(zhuǎn)基因植株的耐鹽性[62]。

與前面MYB基因有所不同，SbMYB15(SalicorniabrachiataMYB15)基因雖然受干旱、高鹽、低溫、高溫及SA誘導(dǎo)表達(dá)，但不受ABA誘導(dǎo)表達(dá)，在煙草中超表達(dá)SbMYB15基因同樣可以提高轉(zhuǎn)基因植株的耐鹽性和抗旱性，這主要得益于脅迫條件下轉(zhuǎn)基因植株葉綠素、脯氨酸、可溶性糖、總氨基酸含量及膜穩(wěn)定性的增加，電解質(zhì)滲透率、MDA含量及活性氧含量的降低及一些脅迫相關(guān)基因LEA5、ERD10D、LTP1、HSF2(heat shock transcription factor 2)、ADC、P5CS、SOD、CAT表達(dá)量的提高[63]。

2.3 糧食及經(jīng)濟(jì)作物耐鹽基因工程

在擬南芥、煙草中進(jìn)行MYB基因的遺傳轉(zhuǎn)化，最終是為了在農(nóng)作物尤其是糧食作物、經(jīng)濟(jì)作物上應(yīng)用，提高其耐鹽性。目前，已在水稻、馬鈴薯、大豆等中進(jìn)行了MYB基因的遺傳轉(zhuǎn)化，且提高了轉(zhuǎn)基因植株的耐鹽性[64-70]，這為今后糧食、經(jīng)濟(jì)作物的耐鹽育種直接奠定了良好的基礎(chǔ)、儲(chǔ)備了重要的基因資源。

水稻是主要的糧食作物之一，其染色體較少，基因組較小，遺傳轉(zhuǎn)化體系已經(jīng)非常成熟，已成為遺傳轉(zhuǎn)化的模式植物。水稻OsMYB91基因受高鹽、干旱、熱擊及ABA、SA、萘乙酸(naphthalene acetic acid，NAA)誘導(dǎo)表達(dá)，超表達(dá)OsMYB91基因的水稻植株生長(zhǎng)緩慢，體內(nèi)ABA積累增加，耐鹽性提高；進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因植株體內(nèi)脯氨酸含量及活性氧清除能力(H2O2及MDA含量降低)增加，鹽脅迫相關(guān)基因SOS1、NHX1、LEA3、RAB16A、P5CS1及SLR1(slender rice 1)表達(dá)量提高[64]。說明OsMYB91通過提高活性氧清除能力、滲透調(diào)節(jié)能力和鹽脅迫相關(guān)基因的表達(dá)量來提高轉(zhuǎn)基因植株的耐鹽性。類似地，OsMYB6 基因受干旱和高鹽誘導(dǎo)表達(dá)，在水稻中超表達(dá)該基因，干旱和高鹽脅迫條件下，轉(zhuǎn)基因植株的存活率(62.2%～64.9%和43.9%)均較野生型對(duì)照(11.3%和0)顯著提高，脯氨酸和CAT、POD活性增加，相對(duì)電解質(zhì)滲漏率和MDA含量降低，一些非生物脅迫相關(guān)基因(OsLEA3、OsDREB2A、OsDREB1A、OsP5CS、SNAC1、OsCATA)的表達(dá)量提高[65]。OsMYB48-1基因受PEG(polyethylene glycol)、ABA、H2O2、脫水誘導(dǎo)表達(dá)，受高鹽和低溫輕度誘導(dǎo)表達(dá)，在水稻中超表達(dá)OsMYB48-1基因，增強(qiáng)了植株對(duì)ABA的敏感性，增加了植株體內(nèi)ABA積累量，提高了植株的抗旱性和耐鹽性；進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因植株體內(nèi)ABA合成基因(OsNCED4、OsNCED5)的表達(dá)量均較野生型對(duì)照提高[66]。說明OsMYB48-1通過調(diào)控ABA合成來提高轉(zhuǎn)基因植株的抗旱性和耐鹽性。另外，在水稻中超表達(dá)金魚草(Antirrhinummajus)MYB基因AmROSEA1也提高了植株的抗旱性和耐鹽性，高鹽脅迫復(fù)水后，野生型對(duì)照全部死亡，轉(zhuǎn)基因植株的存活率為69%～72%；轉(zhuǎn)錄組分析發(fā)現(xiàn)，高鹽脅迫條件下，轉(zhuǎn)基因植株中一些基因的表達(dá)量發(fā)生變化，這些基因主要涉及脅迫信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、激素信號(hào)途徑、離子平衡、活性氧清除酶等[67]。

馬鈴薯是主要的糧食作物，IbMYB1(IpomoeabatatasMYB1)是花青素合成的關(guān)鍵調(diào)控子，在馬鈴薯中超表達(dá)IbMYB1基因提高了轉(zhuǎn)基因植株的耐鹽性，在高鹽脅迫條件下，轉(zhuǎn)基因植株中次生代謝物(酚類、黃酮類、花青素)積累量增加，DDPH自由基清除能力、PSⅡ光化學(xué)效率提高；進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，類黃酮合成基因CHS(chalcone synthase)、DFR(dihydroflavonol 4-reductase)、ANS(anthocyanin synthase gene)的表達(dá)量也提高。說明IbMYB1通過提高次生代謝物積累來提高轉(zhuǎn)基因植株的耐鹽性[68]。

大豆是重要的經(jīng)濟(jì)作物，GmMYB118基因受干旱、高鹽、低溫脅迫誘導(dǎo)表達(dá)，超表達(dá)GmMYB118基因提高了擬南芥、大豆植株的抗旱性和耐鹽性，轉(zhuǎn)基因植株的脯氨酸、葉綠素含量均較野生型對(duì)照提高，活性氧和MDA含量均較野生型對(duì)照降低[69]。同樣地，在大豆中超表達(dá)GmMYB68基因，提高了大豆的耐鹽堿性、滲透調(diào)節(jié)能力及光合速率；值得注意的是，正常條件下，轉(zhuǎn)基因植株表型與野生型對(duì)照無差異，但是高鹽脅迫條件下，轉(zhuǎn)基因植株的粒數(shù)及百粒質(zhì)量顯著提高[70]，表明GmMYB68基因是提高大豆及其他作物耐鹽堿性的重要基因資源。

2.4 其他植物耐鹽基因工程

除了前面的植物，目前在番茄、白樺(Betulaplatyphylla)中也已證實(shí)超表達(dá)MYB基因可以提高轉(zhuǎn)基因植株的耐鹽性[71-74]，為未來農(nóng)業(yè)生產(chǎn)安全提供了保障。

番茄是重要的蔬菜，目前從番茄中已經(jīng)分離了一些MYB基因，且超表達(dá)這些基因可以提高轉(zhuǎn)基因番茄的耐鹽性[71-73]。番茄ARS1(altered response to salt stress 1)基因的T-DNA插入突變體ars1植株在正常條件下產(chǎn)量與野生型對(duì)照無差異，但在高鹽脅迫條件下產(chǎn)量降低，植株Na+積累量和氣孔導(dǎo)度增加，蒸騰速率提高；而超表達(dá)ARS1基因番茄植株的氣孔導(dǎo)度降低，葉片水分利用效率提高，耐鹽性提高[71]，說明超表達(dá)ARS1基因通過提高轉(zhuǎn)基因植株的水分利用效率來提高耐鹽性。類似地，番茄MYB102 基因受高鹽誘導(dǎo)表達(dá)，在長(zhǎng)期高鹽脅迫條件下，超表達(dá)該基因的轉(zhuǎn)基因番茄植株的生長(zhǎng)受抑制程度較野生型對(duì)照顯著降低，活性氧水平和電解質(zhì)滲漏率降低，活性氧清除酶(SOD、POD、CAT)活性、抗氧化物(抗壞血酸、谷胱甘肽)和脯氨酸含量均顯著提高，且一些鹽脅迫相關(guān)基因SOS1、SOS2、NHX3、NHX4、HAK5、CPK1(calcium dependent protein kinases 1)、CPK3的表達(dá)量上調(diào)[72]。說明超表達(dá)MYB102基因可以提高轉(zhuǎn)基因植株對(duì)活性氧的清除能力和滲透調(diào)節(jié)能力，進(jìn)而提高抗逆性。另外，超表達(dá)番茄MYB49基因也可以提高轉(zhuǎn)基因番茄的耐鹽性，而且對(duì)干旱、高鹽、疫霉病的抗性也提高，在上述脅迫條件下，轉(zhuǎn)基因植株中活性氧、MDA含量及電解質(zhì)滲透率降低，POD、SOD活性及葉綠素、脯氨酸含量、光合速率提高[73]，說明超表達(dá)MYB49基因通過提高轉(zhuǎn)基因植株的活性氧清除能力來降低細(xì)胞膜損傷及細(xì)胞死亡、保護(hù)葉綠體等，進(jìn)而提高抗逆性。

白樺BplMYB46基因受高鹽、滲透、ABA誘導(dǎo)表達(dá)，在白樺中超表達(dá)BplMYB46基因可以提高轉(zhuǎn)基因植株的耐鹽性，而沉默BplMYB46基因則降低了轉(zhuǎn)基因植株的耐鹽性[74]。高鹽脅迫條件下，超表達(dá)BplMYB46基因的白樺植株SOD、POD、P5CS基因表達(dá)量提高，進(jìn)而活性氧清除能力和脯氨酸含量提高；氣孔開度降低，進(jìn)而水分散失量降低。另外，超表達(dá)BplMYB46基因的白樺植株木質(zhì)素積累量增加，次生細(xì)胞壁加厚，次生細(xì)胞壁合成基因PAL、CCoAOMT(caffeoyl-CoA O-methyltransferase)、4CL(4-coumarate-coa ligase)、POD、LAC(laccase)、CCR(cinnamoyl-CoA reductase)、CESA(cellulose synthase)的表達(dá)量提高，說明超表達(dá)BplMYB46基因通過提高轉(zhuǎn)基因植株的活性氧清除能力和木質(zhì)素積累來提高轉(zhuǎn)基因植株的耐鹽性。

3 問題與展望

土壤鹽漬化是主要的環(huán)境脅迫因子之一，嚴(yán)重影響植物生長(zhǎng)及作物產(chǎn)量。因此，提高植物耐鹽性對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要意義。由于植物的耐鹽性狀是復(fù)雜的數(shù)量性狀，受多基因控制，易受環(huán)境影響，通過常規(guī)的育種技術(shù)選育耐鹽品種存在預(yù)見性差、效率低和周期長(zhǎng)等問題。隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)作物耐鹽品種的要求不斷提高，基因工程技術(shù)是解決這些問題的有效途徑，相比傳統(tǒng)的常規(guī)育種，基因工程育種有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，不僅基因來源廣泛而且能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)特定性狀精確高效的改良，有著廣闊的應(yīng)用前景。MYB轉(zhuǎn)錄因子是植物中最大的轉(zhuǎn)錄因子家族之一，在植物抵御高鹽脅迫反應(yīng)中具有重要的調(diào)控作用。目前，MYB轉(zhuǎn)錄因子在擬南芥、煙草及水稻、大豆、番茄等植物耐鹽基因工程中的應(yīng)用方面取得了一定的進(jìn)展，成功獲得一些轉(zhuǎn)基因耐鹽材料，為植物尤其是作物耐鹽遺傳改良及育種奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。但該領(lǐng)域還存在一些亟待解決的問題。首先，目前獲得的轉(zhuǎn)基因植物的耐鹽性鑒定大多僅僅局限于室內(nèi)、苗期，但是室內(nèi)模擬環(huán)境與真正的大田環(huán)境不同，大田環(huán)境受影響因素較多；且苗期耐鹽，生殖生長(zhǎng)期不一定耐鹽，而生殖生長(zhǎng)期是否耐鹽直接關(guān)系到產(chǎn)量是否受損，故在室內(nèi)、苗期耐鹽性鑒定的基礎(chǔ)上應(yīng)進(jìn)行大田、生殖生長(zhǎng)期耐鹽性鑒定。其次，耐鹽性屬于復(fù)雜的多基因控制的數(shù)量性狀，一般獲得的轉(zhuǎn)單個(gè)耐鹽基因植株的耐鹽性提高幅度有限，故應(yīng)該加強(qiáng)多基因共同導(dǎo)入植物的系統(tǒng)研究，以提高轉(zhuǎn)基因植物的耐鹽性。另外，大多數(shù)MYB基因是采用組成型強(qiáng)啟動(dòng)子驅(qū)動(dòng)的，雖然能夠提高轉(zhuǎn)基因植株的耐鹽性，但有時(shí)會(huì)影響轉(zhuǎn)基因植株的生長(zhǎng)發(fā)育，例如生長(zhǎng)緩慢、開花推遲、籽粒變小等，甚至?xí)档彤a(chǎn)量，故建議使用鹽脅迫誘導(dǎo)型啟動(dòng)子驅(qū)動(dòng)MYB基因的表達(dá)，在提高轉(zhuǎn)基因植株的耐鹽性同時(shí)還不會(huì)影響轉(zhuǎn)基因植株的生長(zhǎng)發(fā)育。最后，是轉(zhuǎn)基因生物安全問題，即非目的基因的外源基因或序列的引入，應(yīng)該深入優(yōu)化已有無標(biāo)記選擇技術(shù)，開發(fā)新的無標(biāo)記選擇技術(shù)，實(shí)現(xiàn)除目的基因外的任何其他基因或序列的零轉(zhuǎn)入。