转ZmPIS基因提高了棉花的耐盐性

摘要

ZmPIS基因是从玉米种克隆出来的编码磷脂酰肌醇合成酶的基因.磷脂酰肌醇不仅是植物细胞膜脂的重要组成部分,还是植物磷脂酰肌醇信号途径的起始物质.该途径与Ca2+级联信号途径和磷脂酸信号途径密切相关,在植物的盐胁迫应答过程中起着重要的作用.以鲁1138和转ZmPIS基因棉花的3个株系(PIS1、PIS2、PIS3)为试验材料，对盐处理前和250mmol·L-1NaCl处理1d、7d、14d和21d的植株叶片的相对含水量、离子渗漏程度、渗透势和抗氧化酶酶活力、脯氨酸含量等生理生化指标进行了测定。结果表明盐胁迫条件下，转基因株系比对照株系有更高的相对含水量、抗氧化酶活了和可溶性糖含量、脯氨酸含量，转基因株系的膜损伤程度也要显著低于对照株系;净光合速率、光合荧光参数的对比分析发现，转基因株系在盐处理后的光合作用强度要高于对照株系。生理学结果表明过表达ZmPIS基因植株的耐盐性得以提高。RNA-seq结果表明过表达ZmPIS基因可能通过影响转基因棉花中磷脂酸肌醇途径中的钙调蛋白和DG激酶的活力，进而影响钙离子级联信号系统和磷脂酸途径;还通过影响脂肪酸的合成代谢，增加了膜脂的稳定性;影响植株的氨基酸合成代谢进而影响植株的耐受渗透胁迫的能力。在盐胁迫条件下在ZmPIS过表达株系中，一些参与到脱落酸合成代谢途径中的转录本丰度与野生型对照相比差异显著，诸如Cotton_D_gene_10024436(9-顺式-环氧类胡萝卜素加双氧酶)等在盐胁迫后都上调表达，这暗示转ZmPIS基因植株可能通过增加ABA的合成来调节棉花对盐胁迫的应答。生理学和转录组学结果为阐明在棉花中过表达ZmPIS基因提高耐盐性提供了有益的信息。