Expression of a calcineurin gene improves salt stress tolerance in transgenic rice
- 作者
- Xujun Ma, Qian Qian, Dahai Zhu
- 单位
- Department of Biochemistry and Molecular Biology, National Laboratory of Medical Molecular Biology, School of Basic Medicine, Peking Union Medical College; Laboratory of Biology, Harbin Medical University; Molecular and Cellular Developmental Biology Laboratory, Harbin Institute of Technology; Key Laboratory of Rice Biology, China National Rice Research Institute; Present address: College of Forestry, Northeast Forestry University
- 杂志
- Plant Molecular Biology（2005）
- DOI
- 10.1007/s11103-005-6162-7
- 所属领域
- 植物遗传工程
- 关键词
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解决的核心问题
水稻盐胁迫耐受性差，如何通过基因工程手段提高其耐盐性
研究策略
将小鼠钙神经素A催化亚基截短形式（CNAtr）基因置于CaMV 35S启动子下，通过农杆菌介导转化水稻，获得组成型表达活性磷酸酶的转基因植株，并对其耐盐性、离子积累及相关基因表达进行分析
核心内容
该研究通过农杆菌介导转化法，将小鼠钙神经素A催化亚基截短形式（CNAtr）基因置于CaMV 35S启动子下导入水稻品种秀水04，获得组成型表达活性磷酸酶的转基因植株。在120 mM NaCl处理条件下，转基因株系A5和A10的根部Na+含量分别比对照低22.6%和23.3%，根相对生长率分别达88.8%和97.5%，均显著优于对照的75.2%；同时盐胁迫下A5叶绿素含量为0.2569 μg/ml，约为对照（0.1388 μg/ml）的1.85倍。研究还发现，转基因株系中钙神经素磷酸酶活性较非转基因对照提高3.4至4.6倍，并在盐胁迫下组织特异性地增强了Rab16A基因的转录水平。结果表明，异源表达小鼠钙神经素A截短形式可功能性提升水稻盐胁迫耐受性，其机制部分通过限制根部Na+积累实现，并且不干扰植株正常生长与结实，为通过钙信号通路改良作物耐盐性提供了可行策略。
创新点
首次在小鼠来源的钙神经素A催化亚基在水稻中表达；证明异源钙神经素能通过限制根部Na+积累提高水稻耐盐性，且不影响正常生长发育和结实；发现其可组织特异性上调Rab16A表达
研究对象（3）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| 水稻(Oryza sativa cv Xiushui 04) | 钙信号通路 | CNAtr | 小鼠钙神经素A催化亚基（截短形式） | 催化 | 组成型活性丝氨酸/苏氨酸磷酸酶，受Ca2+/钙调蛋白依赖 |
| 水稻(Oryza sativa cv Xiushui 04) | 盐胁迫/ABA信号通路 | Rab16A | 第2组晚期胚胎发生丰富蛋白(LEA) | 调控 | 盐胁迫8天后在转基因植株茎中表达上调，可能参与渗透保护 |
| 水稻(Oryza sativa cv Xiushui 04) | 钙依赖信号通路 | OsCDPK7 | 钙依赖性蛋白激酶 | 催化 | 盐胁迫下表达水平与对照相近，未见明显差异 |
关键发现
- 转基因株系A5和A10的钙神经素磷酸酶活性分别比非转基因对照高4.6倍和3.4倍
- 在120 mM NaCl处理12天后，转基因株系A5和A10根部Na+含量比对照分别低22.6%和23.3%
- 根相对生长率A5为88.8%、A10为97.5%，对照为75.2%
- 根鲜重减少幅度A5为14.3%、A10为24.8%，对照为31.6%
- 根干重减少幅度A5为38.2%、A10为42.2%，对照为49.3%
- 盐胁迫下A5叶绿素含量为0.2569 μg/ml vs 对照0.1388 μg/ml
- A5蛋白含量为1.1072 mg/gFW vs 对照0.5406 mg/gFW
- 150 mM NaCl处理8天后，转基因茎中Rab16A mRNA水平明显高于对照（IOD值显著）
研究结论
表达小鼠钙神经素A截短形式可功能性提高转基因水稻的盐胁迫耐受性，其机制部分通过限制根部Na+积累实现；异源钙神经素可能通过调控离子转运系统和组织特异性调节Rab16A表达来发挥作用，且不影响植株正常生长和结实