拟南芥耐盐相关基因及其抗盐机理的研究刘金亮（西北师范大学，甘肃兰州730070）摘要：盐胁迫是限制植物生长发育的重要因子之一,目前，土壤盐渍化是世界农业生产面临的严重问题之一，发展耐盐作物是取得粮食产量持续增长的重要手段，但是由于缺乏对作物耐盐的分子机理以及与耐盐有关基因的了解，阻碍了耐盐作物的培育。
近年来，随着分子生物学技术的发展以及对植物盐胁迫应答分子机理研究不断深入，特别是以拟南芥（Arabidopsis thaliana）作为模式植物在盐胁迫条件下离子平衡和植物耐盐反应调节途径的研究，取得了突破性的进展。
发现植物体主要通过调节细胞内外离子平衡和细胞内氧化压力的方式适应盐胁迫。
在植物体受到盐胁迫的影响时，一方面会通过激活细胞质膜上的Ca2+通道，进而激活SOS基因家族中SOS3、SOS2和SOS1基因编码的蛋白发生一系列的偶联反应，同时Atnhx基因家族、Athkt1基因等也参与此过程中离子平衡的调节；另一方面由于植物细胞内活性氧水平上升，氧化压力增加，将导致细胞内与活性氧清除有关的编码蛋白基因激活，降低细胞内氧化压力，以适应盐胁迫。
关键词：拟南芥；盐胁迫；耐盐基因;抗盐机理A View On Salt Tolerance Gene Of the Arabidopsis and MechanismJin-Liang Liu，Han-Qing Feng（Northwest Normal University，GanSu LanZhou730070）Abstract：Salt stress is one of the important plant growth restrictions.currently,soil salinization as a restriction factor is faced by world agricultural production.Hence,engineering crops that are resistant to salinity stress is critical for sustaining food production,however,as the knowledge about the basis of salt-stress signaling and tolerance mechanisms shorted,sets back the development of salt-tolerance to some extent.In recent years,with the development of molecular biology technology and the response of plant under salt stress further studied,Arabidopsis thaliana as a mode plant having been widely studied about its ionic equilibrium and salt resistance reaction adjustment ways under salt stress.we can learn that under salt stress the plant mainly through regulate ions balance and oxidative stress to adapt the environment changing. When the plant is impacted by the stress,on the one hand,the channels of Ca2+existing on the plasma membranes will be activated,as a result,the sos gene families like SOS1,SOS2and SOS1will also be activated and generate a series of coupling reaction,meanwhile Atnhx gene families also involve in this process of the ionic balance;on the other hand,as the ROS increased in the cell,the genes that code proteins to eliminate the ROS will express to reduce oxidative stress.Key words:Arabidopsis thaliana；salt stress；Salt resistance genes and mechanism盐胁迫是限制植物生长发育的重要环境因子之一，植物对盐胁迫的耐受反应是近年来植物研究的一个重点和热点,植物对盐胁迫耐受性的分子生物学研究不仅对于培育耐盐农作物品种具有重要的应用价值,而且也是植物基因表达调控及信号转导等基础理论研究的重要内容（zhu J K,2000；zhu J K,2001）。
随着分子生物学技术的不断发展，对植物盐胁迫应答的分子机理研究不断深入，特别是以拟南芥为模式植物在盐胁迫条件下离子平衡和耐盐反应调节途径的研究，取得了突破性的进展(唐亚雄等，2002)。
研究发现，到目前为止已经发现了多种可能与拟南芥耐盐相关的基因，本文拟对这一方面的研究作一概述，以期为相关研究提供参考。
研究发现，一般当植物受到外界盐胁迫压力时，高盐对于植物的损伤主要包括两个方面，一方面高盐会导致细胞中离子平衡遭到破坏，另一方面，高盐会对植物产生的渗透胁迫，会引起细胞当中的氧化压力的升高，对植物细胞的存活产生影响(Viswanathan Chinnusamy等，2005；唐亚雄，2002；潘瑞炽,2006)。
因此，我们可以认为，凡是参与高盐胁迫下维持离子平衡和调节细胞内氧化压力的基因均是耐盐基因。
1与胞质离子平衡相关的基因对植物而言，盐胁迫会导致植物细胞产生离子毒害，一方面由于盐分降低了植物外界溶液的水势，从而会对植物产生渗透胁迫，这种渗透胁迫可引起植物细胞脱水，膨压降低，使植物生长受到抑制，一方面细胞内外Na+浓度过高可使根细胞对K+的吸收被破坏，对胞质酶产生毒害作用，导致细胞停止生长或死亡（潘瑞炽,2006）。
植物对盐胁迫的适应主要通过重建离子平衡实现的（唐亚雄，2002），当植物细胞受到盐胁迫而导致离子平衡破坏时，一系列的调控途径会被激活，这些途径主要是由Ca2+参与完成的（Sanders D等，1999；Leung J等，1998；Schroeder J I等，2001），植物细胞会加快对外环境中K+的吸收以及细胞内过量的Na+会被排出植物体或转运至液泡中积累（安静和张荃，2006），从而维持细胞内K+、Na+离子平衡，维持一个比较高的K+/Na+比例（Zhu J K,2003），减缓细胞内低K+浓度和高Na+浓度对细胞代谢平衡的破坏作用，参与此过程的基因及其编码蛋白对于植物耐盐性均具有重要的作用。
已经发现拟南芥AtNHX(Arabidopsis NHX genes)基因家族编码的逆向转运蛋白以及SOS（slat overly sensitive）基因家族中的SOS1、SOS2和SOS3基因编码的蛋白质均对于维持拟南芥细胞中Na+、K+转运具有密切的关系（Hasegawa等，2000；Quesada等，2000），此外，HKT等一些基因对于维持K+/Na+细胞内的平衡同样具有重要的作用（宋开侠，2009；Pascal M等，2002）。
1.1AtNHX基因家族在植物细胞质膜和液泡膜表面存在大量的跨膜蛋白，其中发现Na+/H+转运蛋白（Na+/H+antiporters，NHX）普遍存在于植物细胞膜和液泡膜表面，并且对调节细胞内Na+、H+平衡具有重要的作用（Niu X 等，1995；Aharon G S等，2003）。
目前已经发现，在拟南芥中存在这样的NHX基因家族主要包括AtNHX1-8共8个基因（Maser P等,2001；Aharon G S等，2003）。
AtNHX1基因作为拟南芥基因组当中第一批发现的存在于液泡膜上的Na+/H+逆向转运蛋白基因之一（Blumwald E等，2001），利用拟南芥AtNHX1基因超表达植株（Apse M P等，1999）研究发现，存在于细胞膜上的Na+/H+逆向转运蛋白活性同AtNHX1蛋白含量的升高水平相一致，液泡膜Na+/H+交换率明显比野生型植株高得多，当细胞内Na+浓度过高时，可以快速有效的将过多的Na+转运至液泡中，降低胞质中Na+浓度。
此外，Shi和Zhu（Shi H Z和Zhu J K，2002）研究表明，AtNHX1的启动子区包含ABA（abscisic acid）反应元件(ABRE元件)，由于在高盐胁迫条件下，会使得细胞内ABA的含量显著增加，ABA可以使得细胞内Ca2+的浓度上升，Ca2+作为第二信使进而可以激活一系列的调控途径。
在此过程中，ABRE元件可以与特定的转录因子（MYC/MYB和bZIP等）结合,诱导下游功能基因的表达，产生LEA（late-embryogenesis-abundant）蛋白,广泛参与到细胞离子平衡中去（Xiong L等，2002；Shinozaki, K和K.Yamaguchi-Shinozaki，2000），在外界高Na+浓度胁迫下，ABRE元件的转录水平会明显升高，进一步说明AtNHX1基因及其编码蛋白可能在拟南芥耐盐中扮演重要角色（Shi H Z和Zhu J K，2002）。
AtNHX2基因作为拟南芥AtNHX基因家族中编码液泡膜上的Na+/H+反向转运蛋白的一员，其作用机理与AtNHX1基因相似,不过可以优先将对细胞产生胁迫的离子积累在老叶中，同时增加液泡中Na+的存储量（李金耀等，2004），对拟南芥的抗盐产生重要的作用。
现在关于AtNHX3基因研究的报告并不是很多，关于该基因调控拟南芥耐盐的内在机理尚不清楚。
但有人研究发现，AtNHX3基因编码的蛋白质可能与细胞内外K+/H+的平衡具有重要的关系（Hong T L 等，2009），由于植物体细胞内必须要保持高的K+浓度，才能维持细胞的正常生理作用，在外界K+浓度过低时，同样会对植物的生长产生胁迫反应（Zhu J K,2003），当对AtNHX3转基因拟南芥利用低K+浓度处理时发现，可以使得K+/H+转运蛋白的含量明显升高，进而推测拟南芥AtNHX3基因编码的蛋白很可能具有转运K+/H+的功能，从而增加对K+浓度的耐受性。