小麦TaSPX1基因的克隆、表达及耐低氮逆境的功能研究

作者：张宝华; 刘佳静; 田晓; 田旭钊; 董阔; 武郁洁; 肖凯^*; 李小娟^*

来源：作物学报, 2023, 1-16.

• 小麦
• TaSPX1
• 亚细胞定位
• 低氮胁迫
• 功能分析

包含SPX、SPX-EXS、SPX-MFS和SPX-RING四个亚族的植物SPX基因家族在磷信号应答中发挥重要功能，但迄今对小麦的该家族基因成员功能了解尚少。本研究前期从小麦(Triticum aestivum)中鉴定得到一个SPX亚族成员基因TaSPX1 (GenBank No. Ak332300)，亚细胞定位分析发现其定位于细胞核。对TaSPX1和来自小麦、拟南芥和水稻SPX家族的同源蛋白进行系统进化分析，结果表明，其与水稻SPX亚族的OsSPX1亲缘关系较近。应用RT-qPCR技术研究发现，TaSPX1的表达量在低氮胁迫下显著增加。构建烟草(Nicotiana tabacum)过表达转基因系(overexpression lines， OE)，应用MS营养液培养对野生型(WT)和OE株系OE3和OE4植株表型进行鉴定。发现在低氮胁迫下，OE3和OE4较WT表现明显的生长优势，植株鲜重、根重和叶面积显著增加；包括光合速率、胞间CO2浓度、气孔导度和蒸腾速率在内的光合参数，以及氮含量、可溶性糖、可溶性蛋白和叶绿素含量也都较WT显著增加。对氮吸收和同化相关基因的表达和酶活性测定结果表明，上述基因的部分成员在OE植株中的表达量和氮同化酶活性升高。此外，对包括SOD、POD和CAT在内的植株活性氧清除相关酶活力和MDA含量测定表明，与WT相比，OE植株中保护酶的活性均明显提高，MDA含量降低。同时发现OE植株中部分保护酶基因成员的表达水平也较WT明显升高。这些结果初步证实了TaSPX1通过改善光合参数、增强氮吸收和转运以及加强保护酶系统等在介导植株抵御低氮胁迫中发挥重要作用。本项研究对小麦SPX家族成员抵御非生物逆境功能增加了新认识，为作物抗低氮营养逆境的遗传改良提供了理论依据。

• 单位
  河北农业大学; 生命科学学院