Na+/H+逆转运蛋白GmSOS1自抑制域调控大豆耐盐性的研究

The plasma membrane sodium/proton exchanger Salt-Overly-Sensitive 1 (SOS1) is a critical determinant to efflux Na+. Autoinhibitory domain of SOS1 protein plays an important role in regulating the activity of SOS1 protein. We have obtained salt tolerance gmsos1 mutants in soybean by editing the linker of activation domain and autoinhibitory domain using CRISPR/Cas9 system. Mutants Gmsos1-3 and Gmsos1-4 showed salt tolerance under NaCl treatment. We hypnosis that mutation in autoinhibitory domain of GmSOS1 will keep constitutive activation of GmSOS1 to improve the ability to efflux Na+. Furthermore, we will perform experiments to detect gene expression pattern, the transfer activity, phosphorylation and dimerization of GmSOS1 protein under NaCl stress condition, screen the interactive proteins of GmSOS1 protein in mutants. The results will give us new understanding how GmSOS1 autoinhibitory domain regulate GmSOS1 and relationship with salt tolerance which can enrich the function and molecular mechanism of SOS1 and provide support of application in molecular breeding of salt tolerance soybean .

Na+/H+逆转运蛋白SOS1是将细胞质中的Na+运输到胞外的SOS途径中的重要蛋白质，其自抑制域对调控SOS1蛋白质活性起关键作用。项目组前期利用CRISPR/Cas9技术，编辑大豆GmSOS1激活域和自抑制域的连接序列，获得了GmSOS1自抑制域突变体Gmsos1-3和Gmsos1-4。在NaCl胁迫条件下，与野生型Willams82相比，突变体表现出明显的耐盐性。我们推测自抑制域突变使GmSOS1保持组成型的活化状态，从而提高了植株外排Na+的能力。项目将以GmSOS1自抑制域突变体为试材，从GmSOS1蛋白的转运活性，GmSOS1蛋白质的表达水平、磷酸化程度及同源二聚化情况，相互作用蛋白等方面，深入研究大豆GmSOS1自抑制域在调节GmSOS1活性中的具体功能及与植物的耐盐性之间的相关关系，揭示GmSOS1响应盐胁迫反应的分子机制，同时为大豆耐盐的分子育种提供理论基础。

大豆（Glycine max）是一种重要的经济作物，在盐碱和干旱地区等贫瘠土壤上种植大豆对确保主要作物产量和提高粮食总产量有害。耐盐性是大豆育种中的一个重要性状，因此，研究耐盐性的分子基础，为遗传育种提供遗传资源至关重要。Salt Overly Sensitive 1（SOS1）是迄今为止多种植物中唯一的明确的钠离子外排转运蛋白。SOS1在大豆盐胁迫反应中的作用尚不清楚。本项目采用反向遗传学方法，通过CRISPR/Cas9技术产生sos1功能缺失突变体，研究了盐胁迫下GmSOS1促进大豆Na+流动和离子稳态的作用。gmsos1突变体表现出在盐胁迫下的敏感性。进一步研究发现，在gmsos1突变体中，Na+过度积累，K+显著减少，导致植株体内钠和钾的失衡，这与突变体根中Na+外流受损和K+外流增加有关。与野生型相比，gmsos1-1植物根系经历了更严重的胁迫，并表现出离子转运蛋白的显著上调。这些结果表明，GmSOS1的功能障碍导致对盐胁迫的超敏反应，与根系中过量的Na+积累和K+外流相关，而且SOS1功能在被子植物的真双子叶植物（拟南芥和大豆）和单子叶植物（水稻）中是保守的。gmsos1-1突变体植物根的转录组学图谱为GmSOS1在大豆盐胁迫反应中的关键和全局调节作用提供了证据。研究结果揭示了质膜定位的Na+/H+逆转运蛋白GmSOS1通过钠外流和Na+稳态在大豆耐盐性中发挥关键作用，丰富了SOS1基因功能研究，为应用于大豆和其他作物耐盐性的分子育种提供了理论依据和技术支持。