盐生植物小花碱茅质外体拒Na+机制及其分子基础研究

Na+在植物体内运输包括共质体和质外体两条途径，木栓质在根内皮层的沉积可有效阻断Na+通过质外体旁路由皮层进入中柱，形成质外体障碍，从而维持植株地上部较高的K+/Na+比，提高植物的耐盐性。CYP86A亚家族基因编码的细胞色素P450脂肪酸ω-羟基化酶在木栓质单体合成中起着十分重要的作用。目前国际上对木栓质形成的质外体障碍的研究均以甜土植物为对象，其木栓化程度有限，并不是研究质外体拒Na+的理想材料。本项目拟以盐处理下内皮层显著加厚的强拒盐型盐生植物小花碱茅为材料，克隆其木栓质合成的关键基因CYP86A；利用real-time PCR技术对CYP86A基因在盐处理下的转录丰度进行分析；采用RNA干扰技术沉默CYP86A基因，分析转基因植株各木栓质单体含量、PTS荧光及地上部Na+等变化。以解析木栓质在强拒盐植物耐盐性中的作用，为农作物和优良牧草抗盐性的遗传改良提供理论依据及抗逆基因资源。

本项目取得了以下主要进展和成果：(1) 从小花碱茅中克隆并鉴定了细胞色素P450 ω-羟化酶基因 CYP86A，发现其主要表达于小花碱茅根部并受 NaCl的诱导和调节；(2) 构建了 CYP86A -RNAi 干扰载体并成功转入小花碱茅；(3) 发现与野生型拟南芥相比，盐处理下(15-50 mM NaCl)，cyp86a1突变体表现出更高的盐敏感性和叶片质膜透性；CYP86A1突变显著提高了盐处理下拟南芥根及地上部的Na+积累，而未改变地上部质外体荧光PTS的积累，因此推测CYP86A1突变影响了植物根部Na+的跨细胞运输。(4) 通过qRT-PCR及表达谱测序等手段，发现CYP86A1突变改变了木栓质合成基因及Na+、K+转运相关基因等许多基因的表达，从中筛选出一些可能与质外体屏障网络有关的基因。(5) 克隆了小花碱茅Na+/H+逆向转运蛋白基因PtSOS1及内整流K+通道基因PtAKT1，系统分析了PtAKT1与PtSOS1在小花碱茅K+、Na+选择性吸收和运输中的重要作用，提出了不同程度盐胁迫下植物体内K+、Na+转运的模型。本项目发表论文11篇，其中SCI论文8篇、国内核心CSCD 3篇，另有国际会议论文7篇及学位论文10部。