基因GhNHX4A在植物耐盐性能方面的应用制造技术

本发明专利技术涉及棉花耐盐分子生物学领域，特别涉及基因GhNHX4A在植物耐盐性能方面的应用，基因GhNHX4A具有SEQ ID NO:1所示的核苷酸序列。本发明专利技术通过筛选和鉴定陆地棉NHX基因家族，使用生物信息学方法对其进行分析，而且表达模式分析发现盐胁迫在一定程度上诱导了陆地棉大部分NHX基因的表达，包括核内体型亚家族成员GhNHX4A。经试验验证，GhNHX4A可以明显恢复酵母突变体的耐盐性。亚细胞定位的结果表明，GhNHX4A蛋白定位在核内体上。同时，GhNHX4A基因的沉默严重破坏了棉花对盐胁迫的基本抗性，表明GhNHX4A基因可能在棉花的耐盐信号通路中发挥积极的调控作用。发挥积极的调控作用。发挥积极的调控作用。

【技术实现步骤摘要】
基因GhNHX4A在植物耐盐性能方面的应用


[0001]本专利技术涉及棉花耐盐分子生物学领域，具体而言，涉及基因GhNHX4A在植物耐盐性能方面的应用。

技术介绍

[0002]各种生物因素(疾病、害虫等)和非生物因素(盐、干旱、寒冷、渗透等)能够严重阻碍植物的生长。盐胁迫是最严重的非生物胁迫之一，可严重限制作物的生产力。当土壤中的Na
+
浓度增加时，农作物的生长发育将受到抑制甚至死亡。目前，土壤盐碱化是人类活动造成的全球性环境问题之一，严重制约了农业生产。世界上有8亿公顷的土壤受到不同程度的盐碱化影响。农业灌溉土地中近20％面临着土壤盐碱化的危害，并且这一数字正在逐年增加。因此，研究作物，特别是耐盐先锋作物的耐盐机制，以培育能够在盐胁迫环境下生长的作物成为了迫切的需要。
[0003]在植物的耐盐反应中，主要通过Na
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的外排和Na
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的区隔化，降低细胞内Na
+
的浓度，维持细胞内的离子平衡。Na
+
的外排一般是由盐超敏感(Salt overly sensitive,SOS)途径完成，当植物受到盐胁迫时通过细胞质膜上的SOS1蛋白将过多的Na
+
从细胞质运输到细胞外，维持细胞质中Na
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的动态平衡。Na
+
的区隔化主要是内膜系统上的Na
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/H
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逆向转运蛋白(Na
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/H
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antiporter,NHX)将Na
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区隔化到特定组织细胞的液泡或囊泡内，减轻Na
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对细胞质中细胞器的毒害作用。NHX蛋白在模式植物拟南芥中研究比较深入，根据其在细胞中的位置，可分为两类。I类亚家族成员包括AtNHX1-4，位于液泡膜上，对Na
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和K
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具有相同的亲和性，可以将细胞质中Na
+
和K
+
区隔到液泡中，从而减少盐离子对细胞的伤害并保持细胞的渗透压平衡。II类亚家族成员包括AtNHX5-6，主要位于高尔基体和前液泡区等核内体中，在盐胁迫下主要调节K
+
和pH稳态，通过在细胞中积累较多的K
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来增强对盐胁迫的耐受性。大量研究表明，盐胁迫可以显著诱导表达I类亚家族NHX基因，并且过表达这些NHX基因可以显著提高植物对Na
+
的耐受性。近年来，关于II类亚家族NHX基因的研究也逐渐增加。番茄LeNHX2是植物中第一个研究比较清楚的II类亚家族成员，在拟南芥和番茄中过表达LeNHX2基因发现，在盐胁迫下转基因材料增加了K
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含量，增强了耐盐性。此外，异源表达拟南芥II类亚家族AtNHX5基因的转基因水稻，高盐处理后积累了更多Na
+
和K
+
，表现出较强的耐盐性。
[0004]棉花作为天然纤维、植物蛋白和食用油的重要来源，具有非常重要的经济和社会价值。尽管棉花被认为是耐旱和耐盐的先锋作物，但其敏感性在品种和基因型之间差异很大，而盐胁迫仍然对棉花的产量和纤维品质有重大影响。液泡型GhNHX1在酵母Na
+
/H
+
逆向转运基因突变体中的表达能够恢复其耐盐性。过表达GhNHX1的转基因烟草植物也比野生型植物具有更高的耐盐性。研究人员创制了表达AtNHX1的转基因棉花，这些表达AtNHX1的棉花植株在200mM NaCl存在下生长时，产生更多的生物量并产生更多的纤维，表明AtNHX1确实可以用于提高棉花的耐盐性。但是，尚未证明棉花核内体型NHX成员在耐盐反应中的功能。
[0005]可以看出，NHX基因在植物耐盐反应中起着至关重要的作用。但是，在棉花中，有关于NHX基因家族成员的鉴定和功能研究比较少，特别是核内体型NHX成员的研究尚未报道。
[0006]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0007]本专利技术使用生物信息学方法来鉴定陆地棉的NHX基因家族成员，并进行进化关系分析。利用实时定量RT-PCR分析陆地棉NHX基因的表达模式。然后通过酵母功能互补，初步筛选出耐盐相关的NHX基因，通过病毒诱导的基因沉默(Virus-induced gene silencing,VIGS)验证与耐盐性有关的核内体型NHX基因，对进一步的研究NHX基因以及NHX基因在高抗稳产棉花育种中的应用具有重要意义。
[0008]本专利技术的第一方面提供了以下技术方案：
[0009]基因GhNHX4A在植物耐盐性能方面的应用，所述基因GhNHX4A具有SEQ ID NO:1所示的核苷酸序列。
[0010]本专利技术通过筛选和鉴定陆地棉NHX基因家族，总共获得了22个基因，这些基因广泛分布在基因组中。使用生物信息学方法对其进行分析，可以发现该家族在进化过程中是保守的，家族成员主要是由多倍体化过程的全基因组复制产生的。表达模式分析发现，盐胁迫在一定程度上诱导了陆地棉大部分NHX基因的表达。经试验验证，GhNHX4A可以明显恢复酵母突变体的耐盐性。亚细胞定位的结果表明，GhNHX4A蛋白定位在核内体上。同时，GhNHX4A基因的沉默表达严重破坏了棉花对盐胁迫的基本抗性，表明GhNHX4A基因可能在棉花的耐盐信号通路(Na
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和/或K
+
的转运)中发挥积极的调控作用。这项研究加深了对植物NHX基因功能的理解，特别是对于核内体型亚家族NHX基因功能的理解，并为进一步研究棉花对盐胁迫的分子机制以及提供提高棉花耐盐性的候选靶基因奠定了重要基础。
[0011]进一步地，所述耐盐性能包括提高耐盐性能或降低耐盐性能。
[0012]由于本专利技术中涉及的基因GhNHX4A对棉花的耐盐性能具有显著的作用，也就是说，基因GhNHX4A与耐盐性能密切相关，因此，在实际应用中，可以通过过表达基因GhNHX4A或者转入基因GhNHX4A来达到增强植物的耐盐性能；也可以抑制或敲除或沉默基因GhNHX4A来降低植物的耐盐性能。
[0013]进一步地，所述应用包括检测植物耐盐性能或在耐盐植物育种中的应用。
[0014]本专利技术中，基因GhNHX4A在植物耐盐性能方面的应用可以是基因GhNHX4A作为植物耐盐性能的分子标记，即通过检测植物是否具有基因GhNHX4A来相对的说明植物的耐盐性能；也可以是根据基因GhNHX4A是否存在来育种，如可以通过转入基因GhNHX4A或增加基因GhNHX4A的表达来增加植物的耐盐性能，也可以是通过抑制或敲除或沉默基因GhNHX4A来得到新的植物品种。
[0015]进一步地，所述植物为双子叶植物或单子叶植物。
[0016]优选地，所述植物包括拟南芥、小麦、燕麦、水稻、玉米、黄瓜、番茄、杨树、草坪草、苜宿、棉花、花生、大豆、高粱、谷子。
[0017]其中，棉花也可以是陆地棉的不同品种，其中，可以包括陆地棉遗传标准本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基因GhNHX4A在植物耐盐性能方面的应用，所述基因GhNHX4A具有SEQ ID NO:1所示的核苷酸序列。2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述耐盐性能包括提高耐盐性能或降低耐盐性能。3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述应用包括检测植物耐盐性能或在耐盐植物育种中的应用。4.根据权利要求1-3任一项所述的应用，其特征在于，所述植物为双子叶植物或单子叶植物；优选包括拟南芥、小麦、燕麦、水稻、玉米、黄瓜、番茄、杨树、草坪草、苜宿、棉花、花生、大豆、高粱、谷子。5.一种植物耐盐性能的检测方法，其特征在于，检测待检测样品的基因GhNHX4A或由基因GhNHX4A产生的产物，若检测到，则判断具有高耐盐性能。6.根据权利要求5所述的植物耐盐性能的检测...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟，马宗斌，张丹，朱伟，
申请(专利权)人：河南农业大学，
类型：发明
国别省市：