干旱区生态环境知识资源中心(Arid): 新疆荒漠藜科盐生植物的耐盐生理与分子机制及其功能基因的研究

Arid

	新疆荒漠藜科盐生植物的耐盐生理与分子机制及其功能基因的研究
	曾幼玲; 王艳; 兰海燕; 张富春; 刘忠渊; 李金耀; 姚世响; 刘琳; 杨瑞瑞; 张霞; 蒋刚强; 贺转转; 谷丽丽; 陈莎莎; 李玲; 易小娅; 姚曼红; 孟红恩
完成单位	新疆大学
登记(发布)日期	2015
中文摘要	新疆干旱、少雨的大陆型气候造就了盐碱荒漠化地区多。然而在新疆荒漠极端盐碱环境中,却生长着众多天然盐生、旱生植物,并形成了与荒漠环境相适应的生理与分子抗逆功能及丰富的抗逆基因资源,极具开发利用价值并值得深入研究。基于以上原因,本项目仅仅围绕新疆荒漠藜科盐生植物的非生物抗逆机制以及功能基因研究的科学问题,探讨这些植物与环境相适应的生理生化特性及抗逆分子机理为目标,通过生理学、生物化学、分子生物学和基因工程等多学科交叉,结合基因克隆与重组表达、植物再生体系建立、酵母双杂交技术、RNA干涉及功能基因鉴定等研究手段,利用基因组和cDNA文库、转录组数据库、模式植物基因的过表达与基因敲除、核酸杂交、免疫印迹等现代技术,挖掘非生物抗性功能基因并投入应用,为提高新疆农作物、经济林木的抗逆育种提供具有自主知识产权的基因资源,并最终服务于新疆农业的可持续发展。本项目是在国家科技计划973前期专项、国家科技攻关、国家自然科学基金、自治区重大科技攻关、教育部重点项目和自治区教育厅创新研究群体基金6类9项课题(总经费548万)的支持下完成,研究时间从2003年到2015年,历时13年。取得的研究成果： (1)揭示了新疆荒漠藜科几种盐生植物盐穗木、盐爪爪、异子蓬、费尔干猪毛菜的耐盐生理机制,完善了藜科肉质化盐生植物室内生理生化指标检测的技术体系。这类盐生植物的生长是需盐的,无机离子(Na+、K+等)对植物应对盐胁迫起到重要作用;抗氧化剂和抗氧化酶协同作用对清除积累的ROS起到积极作用;光合碳同化途径类型(通常为C4型)及光合关键酶的高活性对荒漠植物应对逆境有重要贡献。 (2)利用断裂泛素酵母双杂交技术从藜科盐生植物灰绿藜中发现了盐响应重要通路CDPK的互作组分——螺旋环螺旋转录因子-CgbHLH001,二者作用于细胞膜上且积极响应逆境胁迫。这对于深入理解盐生植物CDPK信号途径在盐响应中的作用机制提供了新的依据。 (3)基于新疆荒漠藜科盐生植物盐穗木高盐胁迫下的小RNA文库的深度测序,揭示了盐穗木中诸多miRNA参与逆境胁迫信号的转导和应答,小RNA在盐生植物响应逆境的转录后调控中具有重要贡献;基于盐穗木盐胁迫下DNA损伤修复基因表达分析和部分基因的功能鉴定初步阐明盐穗木能够以较强的DNA损伤修复功能适应盐碱环境。 (4)从新疆荒漠藜科盐生植物盐响应信号通路中筛选获得了大量抗逆相关基因,基于胁迫下的表达规律分析、体外及体内异源表达鉴定揭示了各种抗逆基因的功能。为抗逆基因在农作物改良中的应用奠定了基础并显示出巨大潜在的应用价值。 (5)建立了盐穗木、盐爪爪、费尔干猪毛菜等新疆荒漠盐生植物和新疆经济植物油菜、中林美荷杨等的组织培养和遗传转化体系,解决了促进肉质化盐生植物高效诱导分化的问题,解决了油菜组培和转化过程中的玻璃化问题并提高了油菜的转基因效率。本成果为开展植物本体中相关基因的功能研究奠定了物质基础,并为经济植物抗逆育种提供了高效转化途径。本项目发表国内外重要学术期刊研究论文104篇。代表作60篇文章中,SCI收录14篇,一区1篇,二区2篇,三区11篇,总引频率221次 (他引168次),CSCD收录42篇,总引用频率572次 (他引530次)。发表在植物学二区杂志《Annals of Botany》被引用48次(他引37次),并作为封面故事发表。发表在一区杂志《Plant Biotechnology Journal》的影响因子为6.090,目前已被引用8次,发表在三区《Scientific Reports》的影响因子为5.228,该杂志是世界著名期刊Nature旗下的综合科学期刊。本项目成果中,5篇文章分别荣获新疆维吾尔自治区自然科学优秀学术论文一、二、三等奖。培养研究生45名,其中博士1人,3篇获得自治区级优秀硕士学位论文和3位教师荣获自治区级优秀硕士指导教师。授权国家发明专利1项,申请国家发明专利1项。本项目的实施极大地推动了本专业方向的人才培养及科研团队建设,极大促进了本学院生物化学和分子生物学科的发展。于2016年,本项目成果荣获新疆大学自然科学一等奖。存在的问题和解决的办法： (1)新疆很多盐生植物,尤其是藜科肉质化盐生植物,生长周期长,具有很强的季节性。开展植物科学实验要做好时间规划,培养管理植物,获得健康的生理状况一致的植物材料。 (2)需要建立本体植物高效的遗传转化体系,通过RNAi,Crispr-Cas9技术和microRNA依据的生物技术在本体植物中研究其耐盐生理和分子特性。 (3)从新疆盐生植物中筛选得到的逆境响应基因从非生物抗性功能和调控方面还有诸多没有进行系统研究,需要深入挖掘和解析。 (4)功能基因的遗传转化作物和林木,获得抗性育种的材料,最终服务于新疆的可持续农业和生态环境。
中文关键词	新疆 ; 盐生植物 ; 荒漠 ; 功能基因 ; 生理
成果类型	基础理论
中图法分类号	Q945.78
URL	http://dbpub.cnki.net/grid2008/dbpub/detail.aspx?dbcode=SNAD&dbname=SNAD&filename=SNAD000001754870
来源机构	新疆大学
资源类型	成果
条目标识符	http://119.78.100.177/qdio/handle/2XILL650/243684
推荐引用方式 GB/T 7714	曾幼玲,王艳,兰海燕,等. 新疆荒漠藜科盐生植物的耐盐生理与分子机制及其功能基因的研究[Z]. 基础理论,2015.