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農(nóng)科院作物所：NMT發(fā)現(xiàn)E3泛素連接酶基因TaPUB15增強(qiáng)了水稻
NMT作為生命科學(xué)底層核心技術(shù)，是建立活體創(chuàng)新科研平臺(tái)的*技術(shù)。2005年~2020年，NMT已扎根中國(guó)15年。2020年，中國(guó)NMT銷(xiāo)往瑞士蘇黎世大學(xué)，正式打開(kāi)歐洲市場(chǎng)。
基本信息
主題：NMT發(fā)現(xiàn)E3泛素連接酶基因TaPUB15增強(qiáng)了水稻在鹽脅迫下排鈉保鉀的能力
期刊：Food and Energy Security
影響因子：5.242
研究使用平臺(tái)：NMT植物耐鹽創(chuàng)新平臺(tái)
標(biāo)題：TaPUB15, a U-Box E3 ubiquitin ligase gene from wheat, enhances salt tolerance in rice
作者：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所景蕊蓮、毛新國(guó)、李巧茹
檢測(cè)離子/分子指標(biāo)
Na+、K+
檢測(cè)樣品
2周齡水稻幼苗（轉(zhuǎn)基因、WT）根分生區(qū)（距根尖100 μm根表上的點(diǎn)）
中文摘要（谷歌機(jī)翻）
植物U-box（PUB）E3泛素連接酶在對(duì)環(huán)境脅迫和激素信號(hào)的響應(yīng)中起著至關(guān)重要的作用，但在小麥（Triticum aestivum L.）中對(duì)其了解甚少。我們鑒定了一個(gè)U-box E3泛素連接酶基因TaPUB15，它在小麥栽培品種中是保守的。TaPUB15在多種組織中表達(dá)，且根部的表達(dá)量遠(yuǎn)高于其他組織。鹽、脫落酸、4℃和聚乙二醇（PEG）誘導(dǎo)TaPUB15的轉(zhuǎn)錄。TaPUB15-D的過(guò)表達(dá)使轉(zhuǎn)基因水稻的耐鹽性得到改善，同時(shí)轉(zhuǎn)基因水稻的根也增多。離子通量測(cè)定表明，轉(zhuǎn)基因水稻植株的耐鹽性得到改善，在鹽度脅迫下保持較低的Na+/K+比值。基因表達(dá)測(cè)定表明，相對(duì)于野生型，轉(zhuǎn)基因水稻中一些鹽脅相關(guān)基因顯著上調(diào)。轉(zhuǎn)基因水稻的這些結(jié)果也在轉(zhuǎn)基因擬南芥中得到了驗(yàn)證。我們的數(shù)據(jù)表明，TaPUB15在提高作物植物的耐鹽性方面起著至關(guān)重要的作用，是未來(lái)促進(jìn)耐鹽小麥育種的寶貴基因資源。
離子/分子流實(shí)驗(yàn)處理
100 mM NaCl處理1 h
離子/分子流實(shí)驗(yàn)結(jié)果
為了更好地了解Na+和K+的動(dòng)態(tài)變化，使用非損傷微測(cè)技術(shù)（NMT）來(lái)監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)基因和WT水稻根尖的Na+和K+流速。100 mM NaCl處理1 h后，所有測(cè)試的幼苗均顯示出Na+外排。Na+在轉(zhuǎn)基因水稻中的外排速率遠(yuǎn)高于WT（圖1a）。同時(shí)，轉(zhuǎn)基因水稻幼苗顯示出K+內(nèi)流，野生稻幼苗顯示出K+外排（圖1b）。因此，TaPUB15-D在水稻中的過(guò)表達(dá)明顯增加了在鹽脅迫下保K+和排Na+的能力。較低的Na+/K+比值確保轉(zhuǎn)基因植株在高鹽度條件下具有更好的耐鹽性。
圖1. 轉(zhuǎn)基因水稻在鹽脅迫下Na+和K+的流速變化情況
其他實(shí)驗(yàn)結(jié)果
- 3個(gè)TaPUB15同源基因均高度保守。
- TaPUB15-D定位在細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)中。
- TaPUB15在幼苗根系表達(dá)量高，其次是幼苗葉片、抽穗期根系和萌發(fā)期和幼苗期的根基部。在抽穗的節(jié)、莖和旗葉中表達(dá)量低。
- 在250 mM NaCl、50 μM ABA和4°C低溫處理下，TaPUB15被強(qiáng)烈激活，但在16.1% PEG處理下TaPUB15被激活程度較低。
- TaPUB15-D過(guò)表達(dá)導(dǎo)致轉(zhuǎn)基因水稻的根更長(zhǎng)、更多。
- TaPUB15-D在水稻中的過(guò)表達(dá)增強(qiáng)了其耐鹽性。
- 轉(zhuǎn)基因株系中OsP5CS1的轉(zhuǎn)錄水平與WT相比增加了近4倍。鉀轉(zhuǎn)運(yùn)基因OsHKT1;1的表達(dá)被鹽脅迫顯著誘導(dǎo)。
- TaPUB15-D的過(guò)表達(dá)減少了Na+的積累，使水稻轉(zhuǎn)基因株系在鹽堿條件下保持相對(duì)較低的Na+/K+比值。
- TaPUB15-D的過(guò)表達(dá)增強(qiáng)了轉(zhuǎn)基因擬南芥的耐鹽性。
結(jié)論
作為世界上廣泛種植的谷類(lèi)作物，小麥?zhǔn)侨祟?lèi)的主食，在糧食安全中起著至關(guān)重要的作用，但高鹽，干旱和其他非生物脅迫嚴(yán)重限制了小麥的高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)。為了應(yīng)對(duì)非生物脅迫，植物物種已經(jīng)進(jìn)化出多種響應(yīng)機(jī)制。本研究發(fā)現(xiàn)了一個(gè)U-box E3泛素連接酶基因TaPUB15，它可以改變轉(zhuǎn)基因水稻的根系結(jié)構(gòu)，使其根系更深、更多，提高水稻和擬南芥的耐鹽性。因此，TaPUB15是一種有價(jià)值的基因資源，可以用于提高小麥的耐鹽性，也可能用于其他作物。
測(cè)試液
0.1 mM NaCl, 0.1 mM KCl, pH 5.7
儀器采購(gòu)信息
- 據(jù)中關(guān)村NMT產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟了解：
- 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所于2015年采購(gòu)了旭月（北京）科技有限公司的非損傷微測(cè)系統(tǒng)。
- 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所分別于2018年、2020年采購(gòu)了旭月（北京）科技有限公司的非損傷微測(cè)系統(tǒng)。
- NMT能為農(nóng)業(yè)環(huán)境研究貢獻(xiàn)什么?|旭月中標(biāo)農(nóng)科院環(huán)發(fā)所
關(guān)鍵詞：離子穩(wěn)態(tài)，根系構(gòu)型，鹽脅迫, TaPUB15, U-Box E3