【成果回顾】农科院作物所景蕊莲：NMT发现泛素连接酶基因TaPUB15促水稻根盐害下排Na+保K+ 为探究其促耐盐机制提供证据
基本信息
主题：NMT发现泛素连接酶基因TaPUB15促水稻根盐害下排Na+保K+ 为探究其促耐盐机制提供证据
期刊：Food and Energy Security
影响因子：5.242
研究使用平台：NMT植物耐盐创新平台
标题：TaPUB15, a U-Box E3 ubiquitin ligase gene from wheat,enhances salt tolerance in rice
作者：中国农业科学院作物研究所景蕊莲、毛新国、李巧茹
检测离子/分子指标
Na+、K+
检测样品
2周龄水稻幼苗（转基因、WT）根分生区（距根尖100 μm根表上的点）
中文摘要（谷歌机翻）
植物U-box（PUB）E3泛素连接酶在对环境胁迫和激素信号的响应中起着至关重要的作用，但在小麦（Triticum aestivum L.）中对其了解甚少。我们鉴定了一个U-box E3泛素连接酶基因TaPUB15，它在小麦栽培品种中是保守的。TaPUB15在多种组织中表达，且根部的表达量远高于其他组织。盐、脱落酸、4℃和聚乙二醇（PEG）诱导TaPUB15的转录。TaPUB15-D的过表达使转基因水稻的耐盐性得到改善，同时转基因水稻的根也增多。离子通量测定表明，转基因水稻植株的耐盐性得到改善，在盐度胁迫下保持较低的Na+/K+比值。基因表达测定表明，相对于野生型，转基因水稻中一些盐胁相关基因显著上调。转基因水稻的这些结果也在转基因拟南芥中得到了验证。我们的数据表明，TaPUB15在提高作物植物的耐盐性方面起着至关重要的作用，是未来促进耐盐小麦育种的宝贵基因资源。
离子/分子流实验处理
100 mM NaCl处理1 h
为了更好地了解Na+和K+的动态变化，使用非损伤微测技术（NMT）来监测转基因和WT水稻根尖的Na+和K+流速。100 mM NaCl处理1 h后，所有测试的幼苗均显示出Na+外排。Na+在转基因水稻中的外排速率远高于WT（图1a）。同时，转基因水稻幼苗显示出K+内流，野生稻幼苗显示出K+外排（图1b）。因此，TaPUB15-D在水稻中的过表达明显增加了在盐胁迫下保K+和排Na+的能力。较低的Na+/K+比值确保转基因植株在高盐度条件下具有更好的耐盐性。
图1. 转基因水稻在盐胁迫下Na+和K+的流速变化情况。正值代表Na+、K+外排，负值代表Na+、K+吸收。
其他实验结果
- 3个TaPUB15同源基因均高度保守。
- TaPUB15-D定位在细胞核和细胞质中。
- TaPUB15在幼苗根系表达量最高，其次是幼苗叶片、抽穗期根系和萌发期和幼苗期的根基部。在抽穗的节、茎和旗叶中表达量最低。
- 在250mM NaCl、50 μM ABA和4°C低温处理下，TaPUB15被强烈激活，但在16.1% PEG处理下TaPUB15被激活程度较低。
- TaPUB15-D过表达导致转基因水稻的根更长、更多。
- TaPUB15-D在水稻中的过表达增强了其耐盐性。
- 转基因株系中OsP5CS1的转录水平与WT相比增加了近4倍。钾转运基因OsHKT1;1的表达被盐胁迫显著诱导。
- TaPUB15-D的过表达减少了Na+的积累，使水稻转基因株系在盐碱条件下保持相对较低的Na+/K+比值。
- TaPUB15-D的过表达增强了转基因拟南芥的耐盐性。
结论
作为世界上广泛种植的谷类作物，小麦是人类的主食，在全球粮食安全中起着至关重要的作用，但高盐，干旱和其他非生物胁迫严重限制了小麦的高产和稳产。为了应对非生物胁迫，植物物种已经进化出多种响应机制。本研究发现了一个U-box E3泛素连接酶基因TaPUB15，它可以改变转基因水稻的根系结构，使其根系更深、更多，提高水稻和拟南芥的耐盐性。因此，TaPUB15是一种有价值的基因资源，可以用于提高小麦的耐盐性，也可能用于其他作物。
测试液
0.1 mM NaCl, 0.1 mM KCl, pH 5.7
NMT实验标准化方案
NMT仪器信息
原文链接：https://doi.org/10.1002/FES3.250
关键词：离子稳态，根系构型，盐胁迫, TaPUB15, U-Box E3