大豆盐胁迫相关阳离子转运蛋白新基因的功能研究

Global soil salinity threatened the crop productivity. It is important to understand the molecular mechanism of plant salt tolerance, so that it will help to improve the yield of soybean. The current reports showed that the members of the cation/proton antiporter family play an important role in plant response to the salinity. To further indetify and characterize new members of the cation/proton antiporter (CPA) family which are involved in the salt tolerance, we identified the soybean whole-genome CPA family members and analyzed their expression pattern from the RNA-seq data of soybean transcrpitome after salt treatment. A novel cation/proton antiporter gene GmCHX2, which is highly induced by saltiny, were identified. Now we are going to further investigate its function and molecular mechanisms in salt tolerance by utilizing the the techniques of molecular biology and genetics (such as qRT-PCR, soybean hairy root transformation system, BY-2 tobacco cell transformation system, Arabidopisis transformation system, soybean transformation system, X. laevis oocyte electophysiologyical model, ion content dection, cellular localization via fluorescence confocal microscope and so on). This study will provide a therotical support for soybean salt tolerance breeding.

全球土地的盐碱化大大影响了农业生产，明晰植物盐胁迫反应的分子机理，培育耐盐品种是大豆遗传育种的重要目标之一。以往报道表明植物阳离子/质子转运蛋白类基因在植物盐胁迫反应中有很重要的作用，为了进一步发掘研究与植物盐胁迫反应相关的该类新基因，我们用生物信息学分析了大豆全基因组的阳离子/质子转运蛋白基因家族及其受盐处理后大豆转录组RNA-seq的基因表达数据，发现一个受盐处理诱导高表达的未有报道的新基因GmCHX2。我们拟采用qRT-PCR、大豆根毛转化、BY-2烟草细胞转化系统、拟南芥转化系统、大豆转化系统、蛙卵母细胞电生理模型、钠钾离子浓度检测、荧光共聚焦显微镜检测亚细胞定位等实验体系，检测其在植物盐胁迫反应中的功能，分析其对维持离子稳态的作用，揭示其在植物盐胁迫反应中的作用分子机理，为今后提高大豆耐盐遗传育种提供科学依据。

单价阳离子质子逆向转运蛋白（CPA）家族在植物的发育及响应环境胁迫中有重要作用，尤其是盐胁迫反应。阳离子/氢离子逆向转运蛋白CHX家族是CPA家族中最大亚家族，到目前为止，对CHX家族的研究并不深入。为了进一步发掘研究与植物盐胁迫反应相关的该类新基因，我们用生物信息学分析了大豆全基因组的阳离子/质子转运蛋白基因家族及其受盐处理后大豆转录组RNA-seq的基因表达数据，发现一个受盐处理诱导高表达的未有报道的新基因GmCHX20，该基因位于大豆第3号染色体的抗盐位点区，与我们发现的决定大豆耐盐性的GmCHX1基因相邻。我们分别从抗盐的野生大豆W05和盐敏感的栽培大豆C08中克隆出该基因，并利用qRT-PCR验证GmCHX20与GmCHX1的表达受盐胁迫诱导，只是诱导时间不同，一个是在盐胁迫早期，一个是在盐胁迫晚期。细胞亚定位分析表明GmCHX20与GmCHX1都位于细胞内质网内。分别利用大豆根毛、BY-2烟草细胞及拟南芥的转化系统检测其盐胁迫反应功能，发现过表达GmCHX20造成体内积累过多的钠离子，钠钾比高，从而造成了植物的盐敏感，过表达GmCHX1则促进钠离子外排，使植物耐盐。推测GmCHX20在大豆盐胁迫早期表达，抵御渗透压力，而GmCHX1在大豆盐胁迫晚期表达，防止离子毒害。