锰对大豆抗旱耐盐能力促进的分子机制研究

Drought and salt stress are the primary factors restrict the potential yield performance of soybean variety. Manganese could improve the drought and salt resistant ability of soybean, however the promoting mechanism is unclear, so the theory and technology support is urgently needed provided by biological study. This project is conducted on the basis of many years’ study on manganese nutrition in soybean with high use efficiency genotype soybean line, to monitor and screen massively the protein expression and metabolite difference induced by manganese under drought and salt stress with realted techniques from Proteomics and Metabonomics.Then bioinformatics analysis will be conducted, and the result obtained would be intergated with physiological index related to drought-talerance and salt-talerance to indicate clearly the promote mechanism of manganese on soybean drought-talerance and salt-talerance.In the further work，specific genes related to drought and salt tolerance induced by manganese would be cloned and analysed scientifically through genetic transformation technique , which can provide theoretical foundation and key genes for drought and salt tolerance traits improving though genetic engineering technique. The promoting mechanism of improving soybean drought and salt resistance by manganese would be cleared, 6 genes related to drought and salt resistance induced by manganese would be obtained, and 2-3 articles would be published after finish this project.

干旱和盐害是限制大豆品种产量潜力发挥的主要因素，锰能明显提高大豆抗旱耐盐能力，但其促进机制尚不明了，急需相关生物学研究资料为其提供理论和技术支持。本项目拟在多年大豆锰素营养研究的基础上，以锰高效利用基因型大豆品系为材料，利用蛋白质组和代谢组相关技术手段，在组学水平上对干旱和盐害胁迫下施锰诱导大豆叶片中差异表达相关蛋白和代谢物进行大规模检测和差异筛选，并进行生物信息学分析，与抗旱耐盐相关生理指标结合，明确施锰增强大豆抗旱耐盐能力的机理，并为进一步利用遗传转化技术科学分析关键基因的功能，利用基因工程技术进行大豆抗旱耐盐性状改良提供理论基础和基因。项目完成后将明确锰提高大豆抗旱耐盐能力的机理，获得锰诱导抗旱耐盐相关候选基因全长6个，发表论文2-3篇。

本课题组在2014年内完成了试探性项目《锰对大豆抗旱耐盐能力促进的分子机制研究》规定的各项研究内容，并增加了MnSO4和MnCl2对干旱和盐害胁迫下大豆抗逆相关生理指标和代谢组影响的研究。结果表明：.干旱和盐胁迫下叶面喷Mn大体上提高了机体活性氧清除能力，降低了有害物质氧自由基和丙二醛含量，并明显提高叶绿素含量，而对蛋白质和可溶性糖含量的提高效果不明显。.干旱胁迫下叶面喷施EDTA-Mn、MnSO4、MnCl2分别诱导差异代谢物35个、17个、17个；盐胁迫下叶面喷施EDTA-Mn、MnSO4、MnCl2分别诱导差异代谢物28个、17个、24个；上述差异代谢物主要属于糖类、氨基酸、有机酸、酚酸类、甾醇、及其他，参与包括次生代谢物的生物合成、ABC转运蛋白、氨基酸生物合成、不饱和脂肪酸的生物合成为主的代谢路径；叶面喷锰处理诱导相关代谢路径中某些代谢物上调提高渗透调节、抗氧化胁迫能力，维持细胞稳定性。.干旱和盐胁迫下叶面喷施EDTA-Mn分别诱导差异蛋白342和951个，其中上调蛋白分别是235和407个，下调蛋白分别是107和544个；31类代谢路径受到影响，其中与抗旱耐盐密切相关的代谢路径包括氧化还原、氨基酸生物合成、有机酸生物合成、茉莉酸生物合成等16个代谢过程。生物信息学分析可知，已知上调蛋白主要起活性氧清除作用，保护性氨基酸、有机酸、糖类和茉莉酸合成，与ATP、NAD、NADP、血红素、叶绿素和核酸结合并维持其稳定的作用，协同具有甲酯化功能、蛋白质和ATP分解功能的蛋白下调来提高大豆抗旱耐盐能力；而某些具有促进功能的蛋白如Cu-Zn超氧化物歧化酶同工酶、谷氨酰胺合成酶同工酶、谷氨酸同工酶等蛋白出现下调，对于大豆抗逆能力的提高不利。.综合大豆抗旱耐盐相关生理指标、代谢组和蛋白质组数据，明确了干旱和盐胁迫下叶面喷锰诱导具有保护作用的氨基酸、糖类、有机酸、甾醇类物质，以及茉莉酸的合成，从而提高了大豆的渗透调节和抗氧化胁迫能力。同时，本研究为进一步明确和挖掘在提高大豆抗旱耐盐方面起重要作用而未受到足够重视的某些已知蛋白提供了参考；获得的未知蛋白，尤其是上调表达未知蛋白，为进一步的研究提供了目标蛋白。总之，本项目的实施丰富了大豆抗旱和耐盐机理研究，并为进一步挖掘植物应对干旱和盐胁迫的调控机制，获得新的有益基因资源奠定基础。