过表达长叶红砂液泡膜Na^+/H⁺逆向转运蛋白RtNHX1基因能够改善拟南芥的盐耐受性

长叶红砂是一种古老的盐生泌盐小灌木，它是亚洲中部亚区东阿拉善-西鄂尔多斯特有种，被列为内蒙古自治区珍稀濒危物种，对盐渍荒漠环境具有极强的适应性，为盐生荒漠区重要的生态屏障。植物离子转运系统在维持其体内的离子稳态平衡、渗透平衡和抗氧化调节中发挥重要作用。基于转录组数据，我们分离了长叶红砂液泡膜Na⁺/H⁺逆向转运蛋白RtNHX1基因，它包含有1664bp的开放阅读框，编码553个氨基酸。RtNHX1能被NaCl和ABA迅速诱导，而且该基因在盐胁迫前主要在茎中表达，在盐胁迫后主要在叶和根中表达显著增加。过表达RtNHX1提高了转基因拟南芥对盐胁迫的耐受性，如种子萌发率、生物量、叶绿素含量和根长等均显著高于野生型，同时能够恢复nhx1突变体的盐敏感表型；转基因拟南芥的抗氧化酶POD和CAT活性、脯氨酸含量、和相对含水量被显著增加，而MDA含量显著下降；抗逆相关基因（AtPOD1, AtCAT1, AtP5CS1, and AtP5CS2）被显著上调；与野生型相比，转基因拟南芥的叶片中积累更多的K⁺和更少的Na⁺，且具有较低的Na⁺/K⁺比。当RtNHX1在AXT3酵母细胞质过表达，在液泡中积累大量的Na⁺和K⁺且Na⁺/K⁺比降低。以上结果揭示了长叶红砂RtNHX1具有区隔化Na⁺和K⁺到液泡中，而且能够通过维持转基因拟南芥Na⁺和K⁺稳态、提高渗透和抗氧化调节能力，进而提高转基因拟南芥的盐耐受性。这些结果表明RtNHX1可作为潜在的耐盐优异基因，可用于培育抗逆优良牧草和作物具有重要的理论意义和实用价值。

本研究在2017年发表在“Journal of Plant Physiology” 218 (2017) 卷109–120页（SCI 3区，IF=3.12）。

（毛惠平编辑整理）