【摘 要】
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农业生产活动中的长期不合理灌溉,导致农田土壤盐渍化越来越严重。据统计,近年来盐胁迫导致农作物产量减损至少20%。马铃薯（Solanum tuberosum L.）是全球第四大粮食作物,挖掘马铃薯耐盐基因资源,解析其分子调控网络机制,对培育耐盐稳产的马铃薯新品种及保障全球粮食安全具有重大意义。NAC转录因子家族是植物特有的一类转录因子,且是最大的转录因子家族之一,其成员广泛参与调控植物各种胁迫应答,
【基金项目】
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四川省科技厅重点研发项目（马铃薯绿色安全控芽保鲜储藏技术研发）（Y8D4031）； 四川省国际科技创新合作/港澳台科技创新合作项目（2020YFH0003）；
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农业生产活动中的长期不合理灌溉,导致农田土壤盐渍化越来越严重。据统计,近年来盐胁迫导致农作物产量减损至少20%。马铃薯（Solanum tuberosum L.）是全球第四大粮食作物,挖掘马铃薯耐盐基因资源,解析其分子调控网络机制,对培育耐盐稳产的马铃薯新品种及保障全球粮食安全具有重大意义。NAC转录因子家族是植物特有的一类转录因子,且是最大的转录因子家族之一,其成员广泛参与调控植物各种胁迫应答,包括盐胁迫。但是,马铃薯NAC转录因子在盐胁迫应答中的分子机制研究报道罕见。本文以马铃薯St NAC1基因为研究对象,分析了其组织表达和盐胁迫诱导表达模式,并在烟草中过量表达以检测其在盐胁迫下的表型和多项生理指标,取得以下主要研究结果:（1）分子生物信息学分析。氨基酸序列比对与蛋白结构预测显示马铃薯St NAC1蛋白与番茄（Solanum lycopersicum L.）Sl NAC1蛋白的序列相似度高达96.35%,均属于一个ATAF亚家族成员,因此推测St NAC1可能具有耐盐性功能。St NAC1蛋白分子质量为34.86 k Da,为亲水性稳定蛋白。St NAC1蛋白与双链DNA相互作用的3D空间结构模型分析结果显示,St NAC1以二聚体的形式存在,其自身包含一个多样的C端转录调节结构域和一个N端高度保守的DNA结合NAM结构域,属于NAC转录因子大家族。这暗示了St NAC1蛋白具有DNA结合与转录激活的功能。（2）St NAC1组织表达和盐胁迫诱导表达模式分析。St NAC1基因在叶、茎和根中均转录表达,但在叶中的表达水平显著高于茎和根中的表达水平。同时,叶、茎和根中St NAC1基因的表达受不同浓度Na Cl的诱导,其中在150 m M Na Cl处理后,St NAC1基因在3 h表达量最高。（3）St NAC1转基因烟草植株的构建及表达分析。克隆St NAC1基因,构建p BI121-Ca MV35S::St NAC1-GFP表达载体并转化烟草（Nicotiana benthamiana）,筛选获得纯合转基因株系37株。RT-q PCR分析发现:St NAC1转基因纯合株系的转录水平显著高于野生型,而野生型和转基因纯合株系中Nb NAC1的转录水平没有显著差异。表明St NAC1基因能够在烟草体中正常转录,且St NAC1基因的过表达不影响内源基因Nb NAC1的表达。（4）St NAC1转基因烟草表型分析及生理生化指标检测。在100 m M Na Cl胁迫条件下,转基因烟草种子萌芽率显著高于野生型烟草;150 m M Na Cl胁迫条件下,转基因植株的绿叶率、鲜重均显著高于野生型植株;生理指标检测发现转基因植株的叶绿素含量和脯氨酸含量也均明显高于野生型烟草;150 m M Na Cl胁迫处理3 h后,转基因植株幼苗的DAB（H2O2）和NBT（O2.-）组织化学着色程度显著弱于野生型。这些结果表明过表达St NAC1基因显著增强转基因烟草植株的耐盐性。综上所述,本研究克隆和鉴定了一个新的耐盐基因St NAC1基因,该基因受盐胁迫诱导表达,在烟草中过表达St NAC1可以减少植物体内盐胁迫诱导的活性氧ROS积累,上调脯氨酸含量,显著增强植株的耐盐性。总之,该研究不仅为马铃薯盐胁迫应答的分子机制解析奠定基础,也为马铃薯耐盐品种改良提供了新的候选基因。
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