枯草芽孢杆菌对小花碱茅耐盐相关离子转运蛋白调控机制研究

小花碱茅是极抗盐的禾本科盐生植物，课题组依托上一个基金项目阐明了控制根系Na+内流和强的K+/Na+选择性是其耐盐的关键；同时克隆到耐盐相关离子转运蛋白基因- - PtHKT1;5,PtHKT2;1,PtAKT1和PtSOS1。研究发现枯草芽孢杆菌菌株GB03可以显著调控拟南芥AtHKT1;1的组织特异性表达，从而增强其抗盐性。我们前期研究表明，GB03可以极显著增强小花碱茅的生长。本项目在前期工作基础上，分析GB03对盐胁迫下小花碱茅根系22Na+内流和植株Na+、K+积累、根系22Na+外排和Na+净吸收的调控，解析GB03对盐胁迫下PtHKT1;5, PtHKT2;1, PtAKT1和PtSOS1的调控机制，最后采用RNA干扰技术, 进一步明确GB03增强小花碱茅耐盐的调控途径及其机制。研究结果将为牧草和农作物耐盐相关功能蛋白调控提供新的研究思路。

小花碱茅是极抗盐的禾本科盐生植物。研究发现枯草芽孢杆菌菌株GB03 可以显著调控盐逆境下拟南芥AtHKT1;1 的组织特异性表达，从而增强其抗盐性。以此为契机我们研究了GB03对盐生禾本科牧草小花碱茅耐盐性调控的生理和分子机制：1）GB03对小花碱茅耐盐性的调控；2）GB03对盐胁迫下小花碱茅Na+、K+离子吸收和累积的调控；3）GB03 对盐胁迫下小花碱茅耐盐性的分子调控途径及其机制。本项目超额完成了合同规定的任务，取得了如下主要研究进展和创新成果：1）枯草芽孢杆菌GB03进一步提高了盐生禾本科牧草小花碱茅的耐盐性。2）GB03显著降低了植株地上部和根系当中的Na+含量，最终结果导致整株当中的K+/Na+显著提高。3）阐明了 GB03 对小花碱茅调控离子转运蛋白的调控机制。4）采用转录组学分析表明，GB03调控了盐胁迫下小花碱茅超过5000个Unigene的差异表达。5）采用非损伤微测技术分析发现，钾饥饿和300 mM NaCl处理下强大的Na+外排是小花碱茅仍然保持稳定钾钠选择性吸收能力的关键所在；推测Na+的外排受质膜SOS1（Na+/H+逆向转运蛋白）介导，Ca2+的流动在信号转导方面发挥了重要作用。6）GB03正调控了重要豆科牧草白三叶、苜蓿以及禾本科重要作物小麦的生长和耐盐性。以上研究结果引起了国内外同行的极大关注和兴趣，项目负责人和项目组成员累计18人次应邀参加相关国际和全国性学术会议，其中在国际学术会议作特邀报告6次、分组报告2次，在全国性学术会议作特邀报告4次、分组报告2次。先后邀请美国和澳大利亚5位专家来课题组交流、指导相关研究工作。截止2015年12月31日，本项目已经发表期刊论文13篇，其中SCI期刊论文7篇，国内CSCD核心期刊论文6篇，另外有4篇论文投稿至SCI期刊或正在撰写当中；申报国家发明专利5项，已经授权3项；培养博士后1名，毕业博士2名，硕士6名；项目负责人作为第二完成人申报的成果“荒漠草原典型盐生植物适应逆境的机理研究”于2012年2月获甘肃省自然科学一等奖；项目负责人于2013年8月获兰州市青年科技奖（提名奖）。