NMT作為生命科學(xué)底層核心技術(shù)，是建立活體創(chuàng)新科研平臺的*技術(shù)。2005年~2020年，NMT已扎根中國15年。2020年，中國NMT銷往瑞士蘇黎世大學(xué)，正式打開歐洲市場。

基本信息

主題：NMT發(fā)現(xiàn)E3泛素連接酶基因TaPUB15增強(qiáng)了水稻在鹽脅迫下排鈉保鉀的能力

期刊：Food and Energy Security

影響因子：5.242

研究使用平臺：NMT植物耐鹽創(chuàng)新平臺

標(biāo)題：TaPUB15, a U-Box E3 ubiquitin ligase gene from wheat, enhances salt tolerance in rice

作者：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所景蕊蓮、毛新國、李巧茹

檢測離子/分子指標(biāo)

Na+、K+

檢測樣品

2周齡水稻幼苗（轉(zhuǎn)基因、WT）根分生區(qū)（距根尖100 μm根表上的點(diǎn)）

中文摘要（谷歌機(jī)翻）

植物U-box（PUB）E3泛素連接酶在對環(huán)境脅迫和激素信號的響應(yīng)中起著至關(guān)重要的作用，但在小麥（Triticum aestivum L.）中對其了解甚少。我們鑒定了一個(gè)U-box E3泛素連接酶基因TaPUB15，它在小麥栽培品種中是保守的。TaPUB15在多種組織中表達(dá)，且根部的表達(dá)量遠(yuǎn)高于其他組織。鹽、脫落酸、4℃和聚乙二醇（PEG）誘導(dǎo)TaPUB15的轉(zhuǎn)錄。TaPUB15-D的過表達(dá)使轉(zhuǎn)基因水稻的耐鹽性得到改善，同時(shí)轉(zhuǎn)基因水稻的根也增多。離子通量測定表明，轉(zhuǎn)基因水稻植株的耐鹽性得到改善，在鹽度脅迫下保持較低的Na+/K+比值。基因表達(dá)測定表明，相對于野生型，轉(zhuǎn)基因水稻中一些鹽脅相關(guān)基因顯著上調(diào)。轉(zhuǎn)基因水稻的這些結(jié)果也在轉(zhuǎn)基因擬南芥中得到了驗(yàn)證。我們的數(shù)據(jù)表明，TaPUB15在提高作物植物的耐鹽性方面起著至關(guān)重要的作用，是未來促進(jìn)耐鹽小麥育種的寶貴基因資源。

離子/分子流實(shí)驗(yàn)處理

100 mM NaCl處理1 h

離子/分子流實(shí)驗(yàn)結(jié)果

為了更好地了解Na+和K+的動態(tài)變化，使用非損傷微測技術(shù)（NMT）來監(jiān)測轉(zhuǎn)基因和WT水稻根尖的Na+和K+流速。100 mM NaCl處理1 h后，所有測試的幼苗均顯示出Na+外排。Na+在轉(zhuǎn)基因水稻中的外排速率遠(yuǎn)高于WT（圖1a）。同時(shí)，轉(zhuǎn)基因水稻幼苗顯示出K+內(nèi)流，野生稻幼苗顯示出K+外排（圖1b）。因此，TaPUB15-D在水稻中的過表達(dá)明顯增加了在鹽脅迫下保K+和排Na+的能力。較低的Na+/K+比值確保轉(zhuǎn)基因植株在高鹽度條件下具有更好的耐鹽性。

圖1. 轉(zhuǎn)基因水稻在鹽脅迫下Na+和K+的流速變化情況

其他實(shí)驗(yàn)結(jié)果

• 3個(gè)TaPUB15同源基因均高度保守。
• TaPUB15-D定位在細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)中。
• TaPUB15在幼苗根系表達(dá)量高，其次是幼苗葉片、抽穗期根系和萌發(fā)期和幼苗期的根基部。在抽穗的節(jié)、莖和旗葉中表達(dá)量低。
• 在250 mM NaCl、50 μM ABA和4°C低溫處理下，TaPUB15被強(qiáng)烈激活，但在16.1% PEG處理下TaPUB15被激活程度較低。
• TaPUB15-D過表達(dá)導(dǎo)致轉(zhuǎn)基因水稻的根更長、更多。
• TaPUB15-D在水稻中的過表達(dá)增強(qiáng)了其耐鹽性。
• 轉(zhuǎn)基因株系中OsP5CS1的轉(zhuǎn)錄水平與WT相比增加了近4倍。鉀轉(zhuǎn)運(yùn)基因OsHKT1;1的表達(dá)被鹽脅迫顯著誘導(dǎo)。
• TaPUB15-D的過表達(dá)減少了Na+的積累，使水稻轉(zhuǎn)基因株系在鹽堿條件下保持相對較低的Na+/K+比值。
• TaPUB15-D的過表達(dá)增強(qiáng)了轉(zhuǎn)基因擬南芥的耐鹽性。

結(jié)論

作為世界上廣泛種植的谷類作物，小麥?zhǔn)侨祟惖闹魇常诩Z食安全中起著至關(guān)重要的作用，但高鹽，干旱和其他非生物脅迫嚴(yán)重限制了小麥的高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)。為了應(yīng)對非生物脅迫，植物物種已經(jīng)進(jìn)化出多種響應(yīng)機(jī)制。本研究發(fā)現(xiàn)了一個(gè)U-box E3泛素連接酶基因TaPUB15，它可以改變轉(zhuǎn)基因水稻的根系結(jié)構(gòu)，使其根系更深、更多，提高水稻和擬南芥的耐鹽性。因此，TaPUB15是一種有價(jià)值的基因資源，可以用于提高小麥的耐鹽性，也可能用于其他作物。

測試液

0.1 mM NaCl, 0.1 mM KCl, pH 5.7

儀器采購信息

• 據(jù)中關(guān)村NMT產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟了解：
• 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所于2015年采購了旭月（北京）科技有限公司的非損傷微測系統(tǒng)。
• 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所分別于2018年、2020年采購了旭月（北京）科技有限公司的非損傷微測系統(tǒng)。
• NMT能為農(nóng)業(yè)環(huán)境研究貢獻(xiàn)什么?|旭月中標(biāo)農(nóng)科院環(huán)發(fā)所

關(guān)鍵詞：離子穩(wěn)態(tài)，根系構(gòu)型，鹽脅迫, TaPUB15, U-Box E3