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农科院作物所:NMT发现E3泛素连接酶基因TaPUB15增强了水稻在盐胁迫下排...

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[成果与文献分享]

农科院作物所:NMT发现E3泛素连接酶基因TaPUB15增强了水稻在盐胁迫下排...

 楼主| xuyue_2017 发表于 2021-1-22 09:25  
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本帖最后由 xuyue_2017 于 2021-1-22 10:12 编辑

NMT作为生命科学底层核心技术,是建立活体创新科研平台的必备技术。2005年~2020年,NMT已扎根中国15年。2020年,中国NMT销往瑞士苏黎世大学,正式打开欧洲市场。

基本信息
主题:NMT发现E3泛素连接酶基因TaPUB15增强了水稻在盐胁迫下排钠保钾的能力
期刊:Food and Energy Security
影响因子:5.242
研究使用平台:NMT植物耐盐创新平台
标题:TaPUB15, a U-Box E3 ubiquitin ligase gene from wheat, enhances salt tolerance in rice
作者:中国农业科学院作物研究所景蕊莲、毛新国、李巧茹
检测离子/分子指标
Na+、K+
检测样品
2周龄水稻幼苗(转基因、WT)根分生区(距根尖100 μm根表上的点)

中文摘要(谷歌机翻)
植物U-box(PUB)E3泛素连接酶在对环境胁迫和激素信号的响应中起着至关重要的作用,但在小麦(Triticum aestivum L.)中对其了解甚少。我们鉴定了一个U-box E3泛素连接酶基因TaPUB15,它在小麦栽培品种中是保守的。TaPUB15在多种组织中表达,且根部的表达量远高于其他组织。盐、脱落酸、4℃和聚乙二醇(PEG)诱导TaPUB15的转录。TaPUB15-D的过表达使转基因水稻的耐盐性得到改善,同时转基因水稻的根也增多。离子通量测定表明,转基因水稻植株的耐盐性得到改善,在盐度胁迫下保持较低的Na+/K+比值。基因表达测定表明,相对于野生型,转基因水稻中一些盐胁相关基因显著上调。转基因水稻的这些结果也在转基因拟南芥中得到了验证。我们的数据表明,TaPUB15在提高作物植物的耐盐性方面起着至关重要的作用,是未来促进耐盐小麦育种的宝贵基因资源。

离子/分子流实验处理
100 mM NaCl处理1 h

离子/分子流实验结果
为了更好地了解Na+和K+的动态变化,使用非损伤微测技术(NMT)来监测转基因和WT水稻根尖的Na+和K+流速。100 mM NaCl处理1 h后,所有测试的幼苗均显示出Na+外排。Na+在转基因水稻中的外排速率远高于WT(图1a)。同时,转基因水稻幼苗显示出K+内流,野生稻幼苗显示出K+外排(图1b)。因此,TaPUB15-D在水稻中的过表达明显增加了在盐胁迫下保K+和排Na+的能力。较低的Na+/K+比值确保转基因植株在高盐度条件下具有更好的耐盐性。
图1. 转基因水稻在盐胁迫下Na+和K+的流速变化情况

其他实验结果
  • 3个TaPUB15同源基因均高度保守。
  • TaPUB15-D定位在细胞核和细胞质中。
  • TaPUB15在幼苗根系表达量最高,其次是幼苗叶片、抽穗期根系和萌发期和幼苗期的根基部。在抽穗的节、茎和旗叶中表达量最低。
  • 在250 mM NaCl、50 μM ABA和4°C低温处理下,TaPUB15被强烈激活,但在16.1% PEG处理下TaPUB15被激活程度较低。
  • TaPUB15-D过表达导致转基因水稻的根更长、更多。
  • TaPUB15-D在水稻中的过表达增强了其耐盐性。
  • 转基因株系中OsP5CS1的转录水平与WT相比增加了近4倍。钾转运基因OsHKT1;1的表达被盐胁迫显著诱导。
  • TaPUB15-D的过表达减少了Na+的积累,使水稻转基因株系在盐碱条件下保持相对较低的Na+/K+比值。
  • TaPUB15-D的过表达增强了转基因拟南芥的耐盐性。

结论
作为世界上广泛种植的谷类作物,小麦是人类的主食,在全球粮食安全中起着至关重要的作用,但高盐,干旱和其他非生物胁迫严重限制了小麦的高产和稳产。为了应对非生物胁迫,植物物种已经进化出多种响应机制。本研究发现了一个U-box E3泛素连接酶基因TaPUB15,它可以改变转基因水稻的根系结构,使其根系更深、更多,提高水稻和拟南芥的耐盐性。因此,TaPUB15是一种有价值的基因资源,可以用于提高小麦的耐盐性,也可能用于其他作物。

测试液
0.1 mM NaCl, 0.1 mM KCl, pH 5.7

仪器采购信息
  • 据中关村NMT产业联盟了解:
         中国农业科学院茶叶研究所于2015年采购了旭月(北京)科技有限公司的非损伤微测系统。
         中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所分别于2018年、2020年采购了旭月(北京)科技有限公司的非损伤微测系统。

关键词:离子稳态,根系构型,盐胁迫, TaPUB15, U-Box E3
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