植物耐盐相关糖基转移酶基因的克隆与功能分析

从新的角度研究植物的耐盐性对于全面了解植物耐盐机制和培育耐盐作物新品种具有重要意义。本实验室通过分析拟南芥的糖基转移酶突变体，发现糖基转移酶可能参与植物的耐盐反应，暗示植物分子的糖基化修饰在非生物胁迫反应中的重要性。项目组在多年研究植物分子糖基化的工作基础上，拟通过拟南芥这一模式植物并结合分子生物学和反向遗传学等研究手段，探讨植物耐盐胁迫与糖基化修饰之间的关系；克隆耐盐相关的糖基转移酶关键基因，明确其表达在增强植物耐盐性中的功能作用；并初步探讨糖基化修饰增强耐盐性的分子机制。通过研究，将从一个新的视角首次证明植物分子的糖基化修饰参与植物耐盐胁迫反应，有望提出植物耐盐的一种新机制，为全面了解植物耐盐机理和培育耐盐作物新品种奠定理论基础。

通过三年的研究工作，已经克隆了12个与耐盐相关的糖基转移酶候选基因，发现其中3个基因参与植物耐盐胁迫响应。AT5g05860 （UGT76C2）基因编码的糖基转移酶能够催化细胞分裂素的糖基化，该基因的表达在转录水平上受NaCl和干旱诱导。其过表达体在种子萌发、主根生长、子叶转绿、气孔运动等方面都表现出对盐胁迫和ABA更加敏感的表型，而突变体相对不敏感。在盐胁迫条件下，过表达体中胁迫相关基因DREB1、DEEB2A、RD22和BRD29B等的表达水平都比对照明显上调，而突变体中这些基因明显下调。实验结果说明UGT76C2在逆境条件下有可能增强植物对ABA的敏感性，通过依赖ABA的信号途径参与了植物的盐胁迫响应。糖基转移酶基因AT2G30140 （UGT87A2）的突变体表现出明显的开花延迟，首次发现UGT87A2基因能够通过调节FLC的表达而影响植物开花进程。在含盐培养基上，该基因的过表达体在种子萌发、主根生长、子叶转绿、气孔运动等方面都表现出对盐胁迫和ABA抑制作用的明显抗性，而突变体相对敏感。利用Real-time PCR分析了非生物胁迫相关的一些功能基因的表达，结果发现UGT87A2在盐胁迫等逆境条件下，可以通过影响ABA依赖和ABA非依赖的途径，导致某些抗逆基因的直接上调，从而增进植物的抗逆能力。同时也说明UGT87A2与UGT76C2在增强植物耐逆性的具体机理方面有所不同。糖基转移酶基因AT1G22370（UGT85A5）受盐强烈诱导，我们获得了该基因的转基因烟草。对转基因烟草进行了盐胁迫条件下的萌发、生长实验，发现转基因烟草比对照显著增强了耐盐性。测定了转基因烟草中与耐逆相关的生理指标，发现在盐处理之后，转基因烟草的脯氨酸、可溶性糖等物质积累量显著高于对照。而丙二醛含量以及Na+/K+离子比却显著低于对照。对转基因烟草中耐逆相关基因的表达变化进行了研究，结果发现几个耐逆相关基因例如蔗糖合酶、蔗糖磷酸合酶、己糖转运蛋白以及一个胚胎晚期丰富蛋白的表达量都显著高于对照植株。这些结果可能说明UGT85A5以某种方式调节了耐逆相关基因的表达，从而增强了转基因植物的耐逆性。更深入的分子机理还有待于研究。本研究项目圆满完成了原计划内容，获得了一批原创性结果，已经发表了影响因子6.0以上和5.0以上两篇论文。还有部分研究结果正在陆续投稿中。