南开大学王宁宁团队在调控植物耐盐性新策略研究中取得重要进展

土壤盐碱化所导致的土地退化在全球范围内严重威胁农业生产和粮食安全。挖掘有效的盐碱抗性基因，解析其作用机制，培育耐盐碱作物新品种，对提高土地增量和实现作物增产具有重要意义。虽然越来越多盐碱抗性相关基因被克隆，但由于这类基因的组成型高表达往往会对植物生长发育造成不利影响，难以被直接应用于作物新品种的培育。分离鉴定特异性调控元件、设计开发可有效应用的抗逆基因调控策略，具有重要的科学和现实意义。衰老是植物生长发育的必经阶段，受遗传程序严格控制，很多环境信号也参与对衰老信号传递和进程的调控，但对内、外源信号交叉调控衰老的机制、其中关键组分及其在抗逆作物新品种培育中的应用策略，报道还十分有限。

近日，南开大学王宁宁教授团队在Plant, Cell and Environment发表了题为“N7-SSPP fusion gene improves salt stress tolerance in transgenic Arabidopsis and soybean through ROS scavenging”的研究论文，揭示了将具有转录后调控功能的小肽N7融合到衰老负调节因子SSPP（SENESCENCE-SUPPRESSED PROTEIN PHOSPHATASE）的N末端，所构成的融合基因N7-SSPP能够在不影响植株正常生长发育的情况下，显著提高转基因大豆对高盐胁迫的抗性，并解析了其发挥作用的分子机制，为抗盐作物新品种培育提供了新的策略。

PP2C型蛋白磷酸酶SSPP 是该团队前期鉴定的一个叶片衰老负调节因子（Xiao et al., 2015）。在本研究中作者发现，过表达SSPP能够显著提高转基因植物在盐胁迫条件下对活性氧的清除能力，进而增强植株对高盐胁迫的耐受性，但明显抑制营养生长速度，导致该基因无法被直接应用于转基因作物新品种的培育。该团队前期还发现，乙烯合成关键酶AtACS7蛋白N末端由14个氨基酸构成的短肽（命名为N7）具有转录后调控功能，通过26S泛素/蛋白酶体途径促进与之融合的多种蛋白降解，且N7介导的蛋白降解受盐胁迫和衰老信号负调控（Xiong et al., 2014; Sun et al., 2017）。为克服SSPP过表达抑制植株营养生长的不利影响，作者构建了N7元件与SSPP的融合基因N7-SSPP，并利用转基因拟南芥和转基因大豆证明，在正常培养条件下，由于N7负调控SSPP蛋白稳定性，导致SSPP无法在转基因植物体内积累，从而有效避免了SSPP过表达所导致的植株生长抑制；而在盐胁迫条件下，N7介导蛋白降解的功能被解除，SSPP蛋白的有效积累赋予了转基因植株对高盐胁迫的持续抗性。即使长期盐胁迫处理使土壤盐分积累高达正常培养条件的7.1-9.6倍，N7-SSPP转基因大豆仍然表现出很强的盐胁迫耐受性和产量优势。作者还发现，在持续盐胁迫处理过程中运用驯化手段，可以更进一步提高N7-SSPP转基因大豆的高盐耐受性。

这些结果表明，融合了转录后调控元件的N7-SSPP能够克服直接高表达SSPP对植物生长发育的抑制，通过增强ROS清除能力而有效提高植物对高盐胁迫的耐受性，为抗逆作物新品种培育提供了一种利用N-degron pathway元件和衰老调控关键因子的新策略。

N7-SSPP有效提高了长期盐胁迫条件下转基因大豆的高盐耐受性和产量

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pce.14392

来源：植物与环境PCE

转自：植物科学最前沿

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