植物抗旱耐盐基因的研究进展

评述与展望

ReviewandProgress

植物抗旱耐盐基因的研究进展

陈丽萍

何道一*

淮北师范大学生命科学学院,资源植物生物学安徽省重点实验室,淮北,235000*通讯作者,daoyi1h@sohu.com

近几年许多与植物抗旱耐盐相关基因被克隆和分析，同时通过转基因技术将这些基因转到植物中

异源表达，能显著提高转基因植物的抗旱耐盐能力。这些基因主要包括渗透调节基因、蛋白类基因(如信号传

摘

要

导中的蛋白激酶基因)及转录因子等。在逆境条件下，渗透调节基因通过合成脯氨酸、甜菜碱、糖类和多胺类等渗透调节物质维持植物中的渗透平衡；蛋白激酶基因产物是细胞信号传导中的组分，这些基因能促进植物对干旱失水反应和逆境信号的传递，启动抗逆基因的表达；转录因子通过与相关基因的特异性结合来调控其表达，进而产生相关调控蛋白等物质增强植物在逆境中的生存能力。本文主要综述了这三类抗逆基因的研究现状及其生物学机理，讨论并分析这些基因在应用中尚待解决的问题，为发掘更多的抗逆性的基因资源和进一步开展分子育种工作提供参考。

关键词转基因植物,渗透调节基因,蛋白激酶类基因,转录因子,抗旱耐盐

ResearchAdvanceonDroughtandSaltResistantGenesinTransgenicPlants

ChenLipingHeDaoyi*

SchoolofLifeSciences,HuaibeiNormalUniversity,AnhuiKeyLaboratoryofResourcesandPlantBiology,Huaibei,235000*Correspondingauthor,daoyi1h@sohu.comDOI:10.3969/gab.029.000542

AbstractManygenesrelatedtodroughtandsaltresistancehavebeenclonedandanalyzedinrecentyears.Theabilityofdroughtandsaltresistanceinplantcanbeimprovedbyexpressionofthesegenesviatransgenictechnol-ogy.Theymainlyincludethegenesofosmo-regulation,thegenesofproteinssuchasthegenesofproteinkinaseforsignaltransduction,andthegenesoftranscriptionalfactorandsoon.Theosmo-regulationalgenesmaintainos-moticstressinplantbysynthesisofosmolytes,suchasproline,betaine,sugars,polyaminesandsoonunderstressconditions.Productofproteinkinasegeneswhichbelongtothegenesofproteinsarethecomponentsincellsignaltransductionandthesegenescanpromoteperceptionofplantstodehydrationresponseandthetransferingofstresssignal,consequently,startingtheexpressionofstress-relatedgenes.Transcriptionalfactorsinteractwithsomere-latedgenestoregulatetheirexpressionandthenbuildupplantsviabilityunderstressedconditonbyproducingsomerelativeproteins.Inthispaper,weprincipallysummarizetheresearchsituationandthebiologicalmecha-nismofthisthreestresstolarencegenes,meanwhile,wealsodisussandanalyzesomeunsettledproblemsofthesegenesinvolvedinutilizing.Thisarticlewouldprovideareferenceforfindingmoregenesresourceofstressto-larenceandfurthermorecarryoutmolecularbreeding.

KeywordsTransgenicplant,Osmo-regulationalgenes,Proteinkinasegenes,Transcriptionalfactors,Droughtandsaltresistant

干旱灾害是我国严重的自然灾害之一，它对农作物的高产稳产产生很大影响。盐碱是影响提高粮

www.genoapplbiol.org/doi/10.3969/gab.029.000542基金项目：本研究由安徽省自然科学基金项目(070411008)资助食作物产量的另一个重要因素，我国现有盐碱地面

积约4×107hm2，同时我国土地盐渍化程度不断加剧，

植物抗旱耐盐基因的研究进展

ResearchAdvanceonDroughtandSaltResistantGenesinTransgenicPlants

543

由此造成耕地面积不断减少，因此提高植物抗旱和耐盐能力对于农作物的高产稳产有重大的意义。虽然利用传统的育种方式培育抗旱耐盐的品种的研究取得一定进展，但借助转基因分子手段培育新种质越来越受到重视(王均华等,2008)。近年来利用转基因手段获得抗旱耐盐的转基因植物已有数十种，其抗旱耐盐能力有了不同程度的提高,这些被利用的基因按照功能可以分为两类，第一类是功能基因，这些基因可以通过合成相关物质来提高植物在逆境中的抗性如渗透调节物质合成基因，P5cs、BADH、SacB等。渗透调节物质的合成对于维持植物在渗透胁迫环境中的生存至关重要，将P5cs、BADH、SacB等基因转入植物体后脯氨酸，甜菜碱和糖类等含量明显增加，同时转基因作物抗逆性也明显增强；另一类就是调节基因，这类基因可以在逆境信号转导中发挥作用，迅速传递信息让植物在逆境中作出反应来抵抗恶劣环境，如DREB类转录因子，MYB类转录因子，蛋白激酶类基因等，转基因实验证明了这些转录因子增强了植物的逆境生存能力；蛋白激酶在细胞信号识别与转导有很重要的作用，直接关系着植物体对环境变化的感应和对逆境信息的传递(苏金和朱汝财,2001;陈俊和王宗阳,2002;马建华和郑海雷,2007)。本文主要综述了与抗旱耐盐渗透调节物质合成相关基因，蛋白激酶类基因和转录因子的研究现状及其作用机理，并对植物转基因过程中出现的问题进行分析与展望。

转化水稻，在水分胁迫处理后，脯氨酸积累量明显提高，抗性增强(王均华等,2008)。转P5cs基因的烟草在渗透胁迫下脯氨酸表达量增多，其种子可以在200mmol/LNaCl的培养基中正常生长，说明脯氨酸可以作为植物的渗透调节保护剂提高植物抗性能力(Hongetal.,2000)。将P5cscDNA用花粉管通道法转入小麦中，获得的转基因小麦植株的耐盐能力明显提高，说明脯氨酸可以在渗透胁迫下对转基因植株起到保护作用并提高小麦渗透调节能力(SawahelandHassan,2002)。将从拟南芥中克隆的P5cs基因转入马铃薯中，在高盐胁迫下转基因马铃薯表现出较高抗性，生长状况优于对照，并且检测到转基因植株在高盐诱导下脯氨酸有较高水平的积累，说明脯氨酸提高了转基因植株的抗盐能力(Hmida-Sayarietal.,2005)，证明转基因植株中的脯氨酸含量的提高，植物的抗逆性也因此增强。1.2甜菜碱

甜菜碱可以保护生物大分子在高电解质浓度下不变性,可以维持细胞的膨压(王均华等,2008)，并且在胁迫解除后的恢复期间具有加速蛋白质合成的作用。BADH甜菜碱醛脱氢酶(betainealdehydedehydrogenase)和CMO胆碱加氧酶(cholinemonoox-genase)是甜菜碱合成中需要的酶，其中BADH是甜菜碱合成的关键酶。转BADH基因的豆瓣菜BADH酶活性明显提高,在盐胁迫下与对照相比膜结构所受损伤较小，并且在0.5%NaCl培养基上能正常生长(李银心等,2000)。胡萝卜是对盐胁迫较敏感的植物，当NaCl的浓度高于20mmol/L后，盐浓度每增加10mmol/L胡萝卜产量会减少7%，利用转基因技术让胡萝卜细胞叶绿体基因组过表达BADH后植株耐盐能力明显升高可以在400mmol/LNaCl中生存(Kumaretal.,2004)。将同时含有PEAMT，CMO和BADH三个甜菜碱合成酶基因的表达载体转入拟南芥中，抗盐性实验表明转基因植株在NaC125mmol/L的1/2MS培养基生长良好,与对照相比优势明显(高志民和彭镇华,2005)。张宁等(2009)利用农杆菌介导法将BADH基因导入马铃薯，在NaCl和PEG胁迫下，转基因植株长势明显优于对照，在株高和单株重量等生理指标也是优于对照组，说明BADH基因的导入提高了马铃薯植株抗旱耐盐的能力。甜菜碱调控植物抗盐性已经成为一个研究热点。

1抗旱耐盐渗透调节物质合成基因

植物在干旱盐渍胁迫的环境中会产生一些变化来适应环境，积累渗透物质就是植物在干旱盐渍的环境中维持渗透平衡和保持体内水分的一种方式。通过转基因技术将渗透调节物质的合成基因转入植物体内可以提高植物在干旱盐碱环境中的生存能力。1.1脯氨酸

脯氨酸是水溶性很强的氨基酸，蛋白通过脯氨酸束缚更多的水分子，进而可以在细胞脱水时避免

和减少蛋白质变性。许多生物在渗透胁迫条件下常通过积累脯氨酸来达到渗透调节的目的。脯氨酸合成酶(P5cs)基因是合成脯氨酸的关键酶。转P5cs基因烟草中脯氨酸含量与对照组相比明显提高，在盐胁迫环境中,与对照相比转基因植株生理状况良好，

1.3多醇类

结实率有了很大提高(Kishoretal.,1995)。脯氨酸合

多醇类含有多个羟基所以亲水性较强，可以有成酶基因转化的紫云英植株抗逆境能力增强。P5cs

544

基因组学与应用生物学

GenomicsandAppliedBiologywww.genoapplbiol.org

DOI:10.3969/gab.029.000542

效稳定细胞膨压，减少生理干旱和高盐胁迫下的渗透失水，增加植物抗性，包括甘露醇，山梨醇和肌醇等。其中研究较多的是6－磷酸山梨醇脱氢酶基因(gutD)和甘露醇－1－磷酸脱氢酶基因(mtlD)。把mtlD/gutD双价基因导入籼稻，转基因植株合成并积累了甘露醇和山梨醇，耐盐能力得到明显提高(王慧中等,2000,科学通报,45(7):724-728)。将mtlD/gutD双基因转入烟草，转基因烟草能在2%NaCl条件下正常生长(刘俊君等,2007)。将从大肠杆菌中克隆的mtlD基因转入小麦，结果表明转基因植株在聚乙二醇和高盐胁迫下生长状况明显优于对照组(Abebeetal.,2003)。1－磷酸L肌醇合成酶(PINO1)在催化肌醇合成过程中起着重要作用，从一种野生的盐生水稻种克隆到该基因后并转入烟草中，结果证实转基因烟草表现出高耐盐性(Majee,2004)。这些研究结果均证实多醇类与植物的抗旱耐盐能力有关。1.4糖类

果聚糖的高可溶性使植物渗透调节能力提高，果聚糖合成酶基因(sacB)是合成果聚糖的重要基因。转sacB基因的烟草植株在渗透胁迫条件下耐受性明显提高，并且其耐受性强弱与果聚糖积累量呈正比例关系。另有研究表明转sacB基因烟草的抗性芽能在含有1%NaCl的MS培养基上正常生根，而对照则不能生根或根生长缓慢，用含1%NaCl的营养液浇灌转基因小苗，转基因植株生长良好，而对照组明显萎蔫，说明sacB基因可以提高烟草的耐盐性(张

将sacB基因导入烟草植株，获得的转基慧等,1998)。

因植株的抗渗透胁迫能力增强，并且其后代也具有这种抗性，说明sacB基因在转基因烟草植株后代中能稳定表达(Konstantinovaetal.,2002)。转枯草芽孢杆菌sacB基因的小麦，其抗干旱胁迫能力明显提高(刘伟华等,2006)。1.5多胺类

多胺具有促进植物体生长发育和延迟衰老的作

海藻糖在生物体内可以作为细胞结构组分如细用,并与植物的抗逆性关系密切(Akihiroetal.,2004)。菌的细胞壁成分，也可以作为能源物质，但最重要是多胺类化合物能减轻植物在逆境条件下叶绿素的损

稳定类囊体膜组份，具体作用机理可能由于多胺海藻糖的积累可以提高生物在逆境中的生存能力。失，

高等植物一般是不能合成海藻糖的，但在微生物和化合物直接结合在膜上，阻止了膜脂氧化和膜蛋白一些低等植物中可以产生，利用转基因技术提高植降解(Besfordetal.,1993)。许多报道指出在胁迫环境

植物体内多胺类水平及其合成酶活力增加，这种物体内海藻糖的积累，有可能提高植物在非生物胁下，

迫中的生存能力。otsB和otsA是从大肠杆菌中克隆反应对于植物对抗逆境具有重要意义(蔡秋华,2009,的大肠杆菌海藻糖－6－磷酸合成酶基因(Giaeveret福建稻麦科技,27(1):37-39)。Odc(小鼠鸟氨酸脱羧al.,1988)。TPS基因是从酿酒酵母、拟南芥和复苏植酶编码基因)和Adc(燕麦精氨酸脱羧酶编码基因)是物等真核生物中分离得到的海藻糖－6－磷酸合成酶多胺合成的关键酶基因。将Adc转化水稻，结果显

示，转基因水稻在干旱条件下叶绿素的损失减少并基因(Zentellaetal.,1999)。将otsB，otsA导入甜菜、

且抗旱性有了很大程度的提高，但同时Adc基因的过

马铃薯中，转基因植物的抗旱能力得到了提高(Zhao

量表达也严重影响了植物体外发育模式(张秀海等,

etal.,2007)。利用农杆菌介导法将otsA基因导入野

2001)。Minocha和Sun(1997)将Odc转入胡萝卜细

生型烟草中，获得该基因在烟草中稳定表达的植株，

胞系并过量表达Odc基因，结果表明转基因细胞能

该植株表现为耐盐抗旱性(戴秀玉等,2001)，将otsB

够耐受盐胁迫和渗透胁迫的范围为0~40h。

基因通过花粉管通道法转入小麦中并获得转基因植株，干旱胁迫条件下转基因植株生长状况优于对照并且海藻糖积累量明显升高(康旭升等,2007)，TPS1通过转入烟草中，干旱胁迫下转基因植株生长状况明显这也说明从微生物中克隆优于对照(赵恢武等,2000)，

的海藻糖基因可以在植物中成功表达并提高了植物抗旱能力。将CaMV35S启动子和AtTPS1构建载体分别转入拟南芥和烟草中，获得的转基因拟南芥脱水耐受性增强，转基因烟草可以在渗透胁迫条件下生长良好，以上实验说明TPS1基因提高了植物的抗旱耐盐的能力(Almeidaetal.,2007;Avonceetal.,2005)。

2.1LEA蛋白

LEA(lateembriogenesisabundantprotein)蛋白可

以作为渗透调节蛋白和脱水保护剂，参与细胞渗透压的调节，保护细胞结构的稳定性，避免植物在干旱高盐等胁迫下细胞成分的晶体化(杜金友等,2004)；还可以与核酸结合调控相关基因的表达(Garay-ar-royoetal.,2000)。转入大麦中编码LEA蛋白的HVA1基因的水稻，在盐旱胁迫实验中，转基因水稻的长势

2抗旱耐盐相关蛋白类基因

植物抗旱耐盐基因的研究进展

ResearchAdvanceonDroughtandSaltResistantGenesinTransgenicPlants

545

明显优于对照(Xuetal.,1996)；将HAV1基因转入小麦，在土壤干旱胁迫下转基因植株HAV1稳定表达，转基因植株表现的生长特征良好，其后代在相同胁迫条件下的生长状况明显优于野生种小麦，说明LEA蛋白增加了小麦抗旱能力(Sivamanietal.,2000;Bahieldinetal.,2005)。ME-leaN4是从甘蓝型油菜中克隆的LEA蛋白基因，利用根癌农杆菌介导法将其转入生菜中，在水分胁迫条件下转基因植株生长能力明显高于比对照，在100mmol/LNaCl中培养10d后，转基因植株在株和鲜重等方面优于对照(Parketal.,2005)；转LEA蛋白基因的烟草植株在盐胁迫实验中生长状况良好，说明lea基因的导入提高了烟草对盐胁迫的抗性(刘甜甜等,2006;姜静等,2006;Linetal.,2006)。2.2水通道蛋白

植物水通道蛋白(aquaporins,AQP)在逆境胁迫中通过促进细胞内外的跨膜水分运输、调节细胞内外水分平衡及细胞的胀缩等来维持细胞渗透压防止渗透伤害(周桂和李杨瑞,2007)。Yamada等(1995)从冰叶龙须海棠根中分离的水通道蛋白基因,其表达水平的波动与盐胁迫下叶子细胞的膨压变化呈正相关。菠菜叶细胞的质膜上含有丰富的内膜蛋白PM28A，它通过磷酸化和去磷酸化来调节水势，保持细胞水分平衡(Johassonetal.,1998)。目前对水通道蛋白基因知之尚少，有待进一步研究。2.3干旱高盐胁迫下蛋白激酶类信号因子

大量实验证实蛋白质磷酸化和去磷酸化过程在细胞的信号识别与转导中起重要作用，而细胞信号识别与转导直接关系着植物体对环境变化的感应和对逆境信息的传递，在这个过程中蛋白激酶起着重要的作用。

目前研究较为清楚的是CDPK激酶，全称为：钙依赖而钙调素不依赖的蛋白激酶(calcium-dependentandcalmodulin-inde-pendentproteinkinase,CDPK)，CDPKs在植物体生长，发育和逆境信号的传递等生理活动Ca2+信号转导中发挥着重要作用，CDPKs在植物抗逆性作用中的研究逐渐成为热点之一。玉米中受干旱和高盐胁迫诱导的启动子可以被原生质体中CDPK1和CDPK1a激活，而对照实验中去除CDPK1

挥重要的作用(Zhangetal.,2005)研究表明已经从水稻中克隆出了29个CDPK基因，在水稻育种中有4个基因(OsCPK6,OsCPK13,OsCPK17和OsCPK25)对低

温，高盐和干旱诱导(Wanetal.,2007)。AtCPK23也是CDPK蛋白激酶家族的一员，拟南芥在转入AtCPK23基因后变现为对干旱和高盐的高耐受性，研究结果表明AtCPK23可能是通过改变气孔的开闭来调节植物对干旱和高盐的响应(MaandWu,2007)。

类受体蛋白激酶(receptor-likeproteinkinases,RLKs)位于细胞膜上，具有感受外界刺激，参与胞内信号传递的功能。从拟南芥中克隆到的受体蛋白激酶基因RPK1受干旱，高盐及低温诱导。实验表明，干旱或高盐胁迫下，RPK1的表达量逐步增强并在一定时间里保持稳定的高表达。该基因在低温诱导及脱落酸处理下也能快速表达(杨洪强和梁小娥,2001)。

该CaMRP1是从辣椒中克隆的一种新的RLKs基因，基因在拟南芥中过表达时明显提高了对高盐的耐

受性并启动了对脱落酸反应的相关基因的表达(Anetal.,2008)。最近也从马铃薯里发现一种编码蛋白的基因StLRPK1，该基因编码的蛋白属富含亮氨酸的受体蛋白激酶家族，该基因在花和幼叶中表达较多在其他组织中较少，检测发现在感染晚疫病(phytoph-thorainfestans)的马铃薯叶片中发现该基因的mRNA表达，在ABA，高盐等条件处理下该基因表达概况发生明显变化，提高了植物在胁迫环境下的生存能力(Wuetal.,2009)。

3转录因子基因提高植物抗旱耐盐性

转录因子是可以和基因启动子区域中顺式作用元件发生特异性作用的DNA结合蛋白。在逆境条件下，和抵抗逆境相关的转录因子可以调控多个抗逆基因的同时表达和逆境信号的传递，与单纯改造或者导入单个功能基因相比，增强一些关键转录因子的调节能力也许是提高植物抗逆能力的更好途径(李丽芳等,2004)。

目前研究较多的生物抗胁迫转录因子是DREB，DREB转录因子与抗逆基因启动子区域中的顺式作用元件结合，启动抗逆基因表达，参与干旱，高盐等胁迫应答反应。DREB1A和DREB2A是同属于DREB家族的转录因子基因，表达产物为DRE结合因子。用高盐处理盐生植物山菠菜后从其cDNA文

激酶区的突变体植株对胁迫没有反应(Sheen,1996)。库中克隆得到编码EREBP/AP2类蛋白基因Ah－

将该基因与CaMV35S启动子连接转入烟草从烟草中克隆得到的NtCDPK4基因在高盐诱导下DREB1，

表达增多，表明NtCDPK4对于烟草在环境胁迫中发中，在长期的盐胁迫下，AhDREB1表达增强并且提

546

基因组学与应用生物学

GenomicsandAppliedBiologywww.genoapplbiol.org

DOI:10.3969/gab.029.000542

高了转基因烟草的抗盐能力(沈义国等,2003)。从水稻中克隆的受逆境诱导的DREB基因在拟南芥中超

被发掘，通过转基因技术培育抗逆新品种的分子育种手段受到高度重视，与此同时，其中存在的问题也

量表达，明显提高了拟南芥在干旱和高盐胁迫下的抗日益凸显，通过分析和解决这些问题使转基因技术

性能力(NakashimaandYamaguchi-Shinozaki,2005)。更趋于完善。从拟南芥中克隆的CBF3/DREB1A转入水稻，明显增首先，在转基因植物中通常是转单个基因，而单加了水稻的抗干旱能力也并未影响水稻的正常生长(Ohetal.,2005)。从黄豆中克隆的GmDREB2基因在转基因拟南芥中表达，实验表明转基因拟南芥在干旱和高盐的胁迫中抗性增强而且并未引起植株的生长迟缓(Chenetal.,2007)。

MYB类转录因子是植物转录因子最大家族之一(陈清等,2009)。它们在植物的生长发育、生物和非生物胁迫反应以及在调节多种基因的表达中起着重要作用。研究表明在逆境胁迫下拟南芥的AtMYB2转录因子表达明显增强，同时增强了相关干旱应答从水稻中克隆的OsMYB3R－2基因在拟基因的表达。

南芥过表达后增加了转基因拟南芥对干旱和高盐胁迫的抗性，转基因植株的种子可以在脱落酸诱导和高盐环境中发芽生长，而野生型则不能发芽，说明OsMYB3R－2提高了拟南芥的抗旱耐盐性(Daietal.,2007)。转入AtMYB44基因的拟南芥表现出水的损失率降低，在干旱和高盐胁迫下和野生型相比抗性明显增强(Jungetal.,2007)。

NAC类转录因子是植物中另一类重要的转录因子，主要作用是调控植物体生长发育和提高植物对环境胁迫的适应能力(柳展基等,2007)。ANAC019、ANAC055和ANAC072是从拟南芥中分离到的3个

在受干旱、高盐和ABA的诱导条件不同NAC基因，

下表达增强，实验表明这些基因的超量表达显著增强了转基因植株的耐旱能力(Tranetal.,2004)，SNAC1是从水稻中克隆的NAC类型的转录因子基因，研究表明在生殖生长期严重干旱的情况下，SNAC1在转基

因植株超量表达，转基因植株抗旱性较对照组有明显提高(Huetal.,2006)。

个基因提高植物的抗逆性能力有限，通过多个基因异源抗逆基串联表达或共转化可能更为有效。第二，

因过表达可能导致转基因植物经济性状的变化，这在很多转基因植物后代经常出现，因此转基因植物更适合作为种质资源，需要与传统育种技术联合才转能培育更好抗逆作物品种(Sunetal.,2008)。第三，基因植物可能产生潜在的环境和食品安全风险问题。通常转基因过程中的目的基因在应用之前就受到重视和评估，但是筛选标志基因有可能产生环境和食品的安全隐患，目前采用有害基因切除方式清除转基因植物中的筛选基因，效果并不理想，最好的方式就是在转基因技术过程中不使用标志基因，这方面目前也正在取得进展(雷桅和刘昕,2009)。目前抗旱耐盐分子育种面临不少问题，转基因植物抗旱耐盐基因资源还有待进一步发掘，但随着抗旱分子生物学研究的不断深入和生物技术的开拓创新，将

有更多的抗旱耐盐转基因作物应用于生产实践。

参考文献

AbebeT.,GuenziA.C.,MartinB.,andCushmanJ.C.,2003,Tol-eranceofmannitol-accumulatingtransgenicwheattowaterstressandsalinity,PlantPhysiology,131(4):1748-1755AlmeidaA.M.,SilvaA.B.,AraújoS.S.,CardosoL.A.,SantosD.,

TornéJ.M.,SilvaJ.M.,PaulM.J.,andFevereiroP.S.,2007,ResponsestowaterwithdrawaloftobaccoplantsgeneticallyengineeredwiththeAtTPS1gene:aspecialreferencetophotosyntheticparameters,Euphytica,154:113-126AkihiroI.,TakashiM.,YoshieH.,TakashiA.,MasanoriT.,Hikaru

S.,YumikoS.,TomohikoK.,HiroakiH.,DaisukeS.,SatoshiT.,YoshibumiK.,andTakuT.,2004,SpermidinesynthasegenesareessentialforsurvivalofArnbidopsis,PlantPhysi-ology,135(9):1565-1573

AnS.H.,ChoiH.W.,HwangI.S.,HongJ.K.,andHwangB.K.,

2008,Anovelpeppermembrane-locatedreceptor-likeproteingeneCaMRP1isrequiredfordiseasesusceptibility,methyljasmonateinsensitivityandsalttolerance,PlantMol.Biol.,67(5):519-533

AvonceN.,LeymanB,TheveleinJ,andIturriagaG.,2005,Tre-halosemetabolismandglucosesensinginplants,Biochem.SocietyTransactions,33(1):276-279

4展望

一方面世界人口持续增长，对粮食的需求量不断加大，另一方面干旱和盐渍化水平加剧，制约了单位面积产量的提高，培育抗旱耐盐的作物品种成为当务之急；利用传统育种手段培育抗逆新品种虽然取得一定进展，但由于受到遗传资源的限制和育种方式的制约，已经很难满足这样的需求。随着基因组学和功能基因组学研究的深入，更多植物抗逆基因

植物抗旱耐盐基因的研究进展

ResearchAdvanceonDroughtandSaltResistantGenesinTransgenicPlants

BahieldinA.,MahfouzH.T.,EissaH.F.,SalehO.M.,Ramadan

A.M.,AhmedI.A.,DyerW.E.,El-ItribyH.A.,andMadkourM.A.,2005,Fieldevaluationoftransgenicwheatplantssta-blyexpressingtheHVA1genefordroughttolerance,Physi-ologiaPlantarum,123(4):421-427

BesfordR.T.,RichardsonC.M.,andTiburcioA.F.,1993,Effect

ofpolyaminesonstabilizationofmolecularcomplexesinthylakoidmembranesofosmoticallystressedoatleaves,Planta,189(2):201-206

ChenJ.andWangZ.Y.,2002,Progressinthestudyofplantmyb

transcriptionfactors,ZhiwuShengliYuFenziShengwuxueXuebao(JournalofPlantPhysiologyandMolecularBiology),28(2):81-88(陈俊,王宗阳,2002,植物myb类转录因子研究进展,植物生理与分子生物学学报,28(2):81-88)ChenQ.,TangH.R.,DongX.L.,HouY.X.,LuoY.,JiangY.,

andHuangQ.Y.,2009,Progressinthestudyofplantmybtranscriptionfactors,JiyinzuxueYuYingyongShengwuxue(GenomicsandAppliedBiology),28(2):365-372(陈清,汤浩茹,董晓莉,侯艳霞,罗娅,蒋艳,黄琼瑶,2009,植物myb转录因子的研究进展,基因组学与应用生物学,28(2):365-372)

ChenM.,WangQ.Y.,ChengX.G.,XuZ.S.,LiL.C.,YeX.G.,

XiaL.Q.,andMaY.Z.,2007,GmDREB2,asoybeanDRE-bindingtranscriptionfactor,conferreddroughtandhigh-salttolreranceintransgenic,BiochemicalandBiophysicalRe-searchCommunications,353(2):299-305

JungC.,SeoJ.S.,HanS.W.,KooY.J.,KimC.H.,SongS.I.,

NahmB.H.,ChoiY.D.,andCheongJ.J.,2007,OverexpressionofAtMYB44enhancesstomatalclosuretoconferabioticstresstoleranceintransgenicArabidopsis,PlantPhysiology,146:623-635

DaiX.Y.,WuD.P.,andZhouJ.,2000,Cloningandexpressionof

trehalosesynthasegenesinEscherchiacoli,YichuanXue-bao(ActaGeneticaSinica),27(2):158-164(戴秀玉,吴大鹏,周坚,2000,大肠杆菌海藻糖合成酶基因的克隆和表达,遗传学报,27(2):158-164)

DaiX.,XuY.,MaQ.,XuW.,WangT.,XueY.,andChongK.,2007,

OverexpressionofanR1R2R3MYBgene,OsMYB3R－2,increasestolerancetofreezing,drought,andsaltstressintrans-genicArabidopsis,PlantPhysiol.,143(4):1739-1751DuJ.Y.,ChenX.Y.,LiW.,andGaoQ.,2004,Expressionandreg-ulationofgenesinducedbydroughtstressinplant,ShengwuJishuTongxun(BiotechnologyBulletin),2:10-14(杜金友,陈晓阳,李伟,高琼,2004,干旱胁迫诱导下植物基因的表达与调控,生物技术通讯,2:10-14)

GaoZ.M.,andPengZ.H.,2005,Constructionofco-expressing

vectorforglybetsynthesisandsalttolerance,LinyeKexueYanjiu(ForestResearch),18(3):231-235(高志民,彭镇华,

547

2005,甜菜碱合成调控基因共表达载体的构建与抗盐初步研究,林业科学研究,18(3):231-235)

Garay-ArroyoA.,Colmenero-FloresJ.M.,Garciarru-bioA.,and

CovarrubiasA.A.,2000,Highlyhydrophilicproteinsinprokaryoteandeukaryotesarecommonduringconditionsofwaterdeficit,J.Biol.Chem.,275(8):5668-5674

Hmida-SayariA.,Gargouri-BouzidR.,BidaniA.,JaouaL.,

SavouréA.,JaouaS.,2005,Overexpressionof1－pyrroline－5－carboxylatesnthetaseincreasesprolineproductionandconferssalttoleranceintransgenicpotatoplants,PlantSci-ence,169(4):746-752

HongZ.L.,LakkineniK.,ZhangZ.M.,andDeshPalS.V.,2000,

Removaloffeedbackinhibitionof1－pyrroline5－carboxy-latesynthaseresultsinincreasedpralineaccumulationandprotectionofplantsfromosmoticstress,PlantPhysiology,122:747-756

HuH.H.,DaiM.Q.,YaoJ.L.,XiaoB.Z.,LiX.H.,ZhangQ.F.,

andXiongL.Z.,2006,OverexpressingaNAM,ATAF,andCUC(NAC)transcriptionfactorenhancesdroughtresisitanceandsalttoleranceinrice,PNAS,103(35):12987-12992JiangJ.,YuY.,ZhaoX.,LiuH.Z.,WangY.C.,YangC.P.,and

LiuG.F.,2006,Analysisofsalttoleranceintransgenicto-baccowithleagene,ShengwuJishu(Biotechnology),16(1):16-21(姜静,于影,赵鑫,刘焕臻,王玉成,杨传平,刘桂丰,2006,转lea基因烟草的耐盐性分析,生物技术,16(1):16-21)

JohassonI.,KarissonM.,ShuklaV.K.,ChrispeelsM.J.,Larsson

C.,andKjellbomP.,1998,WatertransportactivityoftheplasmamembranceacquaporinRM28AisregulatedbyThePlantCell,10:451-459phosphorylation，

KangX.S.,LiuL.K.,LiuG..Q.,HouN.,DaiX.Y.,andLiuC.G.,

2007,Activityofinducibleexpressionofprd29apromoterinwheatandtransformationofEscherichiacolitrehalose－6－phosphatesynthasegene,NongyeShengwuJishuXuebao(JournalofAgriculturalBiotechnology),15(3):434-438(康旭升,刘立科,刘根齐,侯宁,戴秀玉,刘春光,2007,小麦中Prd29A启动子的诱导表达活性及大肠杆菌海藻糖合成酶基因的转化,农业生物技术学报,15(3):434-438)KishorP.B.K.,HongZ.,MiaoG.H.,HuC.A.A.,andVermaD.P.S.,

1995,Overexpressionofpyrroline－5－carboxylasesynthaseincreaseprolineproductionandconfersosmotoleranceintransgenicplants,PlantPhysiolgy,108(4):1387-1394KonstantinovaT.,ParvanovaD.,AtanassovA.,DjilianovD.,

2002,Freezingtoleranttobacco,transformedtoaccumulateosmoprotectans,PlantScience,163:157-164

KumarS.,DhingraA.,andDaniellH.,2004,Plastid-expressed

betainealdehydedehydrogenasegeneincarrotculturedcells,roots,andleavesconfersenhancedsalttolerance,Plant

548

基因组学与应用生物学

GenomicsandAppliedBiologyPhysiology,136(1):2843-2853

www.genoapplbiol.org

DOI:10.3969/gab.029.000542

MaS.Y.,andWuW.H.,2007,AtCPK23functionsinArabidopsis

responsestodroughtandsaltstresses,PlantMolecularBiol-ogy,65(4):511-518

MinochaS.C.,andSunD.Y.,1997,Stresstoleranceinplants

throughtransgenicmanipulationofpolyaminebiosynthesis,PlantPhysiol.,Suppl:297-305

MajeeM.,MaitraS.,andGhoshK.,2004,Anovelsalt-tolerant

l－myo-inositol－1－phosphatsyntasefromPorteresiacoarctata(Roxb.)tateoka:ahalophyticwildrice,Biol.Chem.,279(27):28539-28552

NakashimaK.,andYamaguchi-ShinozakiK.,2005,Molecular

studiesonstress-responsivegeneexpressioninArabidopsisandimprovementofstresstoleranceincropplantsbyregu-lonbiotechnology,JapanAgriculturalResearchQuarterly,39(4):221-229

OhS.J.,SongS.I.,KimY.S.,JangH.J.,KimS.Y.,KimM.,Kim

Y.K.,NahmB.H.,andKimJ.K.,2005,ArabidopsisCBF3/DREB1AandABF3intransgenicriceincreasedtolerancetoabioticstresswithoutstuntinggrowth,PlantPhysiology,138:341-351

ParkB.J.,LiuZ.C.,KannoA.,KameyaT.,2005,Increasedtoler-ancetosalt-andwater-deficitstressintransgeniclettuce(LactucasativaL.)byconstitutiveexpressionofLEA,PlantGrowthRegulation,45(2):165-171

SawahelW.A.,andHassanA.H.,2002,Generationoftransgenic

wheatplantsproducinghighlevesoftheosmoprotectantproline,BiotechnologyLetters,24(9):721-725

SheenJ.,1996,Ca2+－dependentproteinkinaseaandstresssignal

transductioninplants,science,274(5294):1900-1902ShenY.G.,YanD.Q.,ZhangW.K.,DuB.X.,ZhangJ.S.,LiuQ.,

ChenS.Y.,2003,NovelhalophyteEREBP/AP2－typeDNAbindingproteinimprovessalttoleranceintransgenictobac-co,ZhiwuXuebao(ActaBotanicaSinica),45(1):82-87(沈义国,闫冬青,张万科,杜保兴,张劲松,刘强,陈受宜,2003,山菠菜EREBP/AP2类DNA结合蛋白基因的克隆及其耐逆性研究,植物学报,45(1):82-87)

SivamaniE.,BahieldinA.,WraithJ.M.,Al-NiemiT.,DyerW.E.,

HoT.D.,andQuR.,2000,ImprovedbiomassproductivityandwateruseefficiencyunderwaterdeficitconditionsintransgenicwheatconstitutivelyexpressingthebarleyHVA1gene,PlantScience,155(1):1-9

SuJ.,andZhuR.C.,2001,Effectsofosnoticstress-regulated

transgeneexpressionondroughtresistanceandsalttoleranceofplants,ZhiwuxueTongbao(ChineseBulletinofBotany),18(2):129-136(苏金,朱汝财,2001,渗透胁迫调节的转基因表达对植物抗旱耐盐性的影响,植物学通报,18(2):129-136)

SunJ.C.,WangX.S.,andYangS.L.,2008,Progressofresearch

onsalt-resistanceinplants,GanhanDiquNongyeYanjiu

LeiW.,andLiuX.,2009,Selectablemarker-freetechniqueand

foodsafetyoftransgenicplants,ZhongguoShipinXuebao(JournalofChineseInstituteofFoodScienceandTechnolo-gy),9(5):157-163(雷桅,刘昕,2009,无选择标记技术与转基因植物食品安全性,中国食品学报,9(5):157-163)LiL.F.,LuoX.F.,andWangH.F.,2004,Advancesinthestudies

ofgeneengineeringonplantdrought-resistance,XibeiLinx-ueyuanXuebao(JournalofNorthwestForestryUniversity),19(3):53-57(李丽芳,罗晓芳,王华芳,2004,植物抗旱基因工程研究进展,西北林学院学报,19(3):53-57)LiY.X.,ChangF.Q.,DuL.Q.,GuoB.H.,LiH.J.,ZhangJ.S.,

Chen.S.Y.,andZhuZ.Q.,2000,Genetictransfor-mationofwatercresswithageneencodingforbetaine-aldehydedehy-drogenease(BADH),ZhiwuXuebao(ActaBotanicaSinica),42(5):480-484(李银心,常风启,杜立群,郭北海,李洪杰,张劲松,陈受宜,朱至清,2000,转甜菜碱醛脱氢酶基因豆瓣菜的耐盐性.植物学报,42(5):480-484

LiuJ.J.,HuangS.X.,andPengX.X.,1996,Studiesonhighsalt

toleranceoftransgenictobacco,ShengwuGongchengXue-bao(ChineseJournalofBiotechnology),11(4):381-384(刘俊君,黄绍兴,彭学贤,1996,高度耐盐双价转基因烟草的研究,生物工程学报,11(4):381-384)

LiuT.T.,YuY.,ZhaoX.,andLiuG..F.,2006,AnalysisofNaHCO3

resistancetotransgenictabaccoharboringleagene,FenziZhiwuYuzhong(MolecularPlantBreeding),4(2):216-221(刘甜甜,于影,赵鑫,刘桂丰,2006,转lea基因烟草的NaHCO3抗性分析,分子植物育种,4(2):216-221)LiuZ.J.,ShaoF.X.,andTangG.Y.,2007,Theresearchprogress

ofstructure,funct-ionandregulationofplantNACtran-scriptionfactors,XibeiZhiwuXuebao(ActaBotanicaBore-ali-occidentaliaSinica),27(9):1915-1920(柳展基,邵凤霞,唐桂英,2007,植物NAC转录因子的结构功能及其表达调控研究进展,西北植物学报,27(9):1915-1920)LinS.J.,LiJ.T.,JiangJ.,BaiS.,YuY.,ZhaoX.,andWangY.C.,

2006,Lowtoleranceanalysisoftransgenictobaccowithlate-embryogenesis-abundantproteingenefromTamatixsp..LettersinBiotechnology,17(4):563-566

LiuW.H.,ZhaoX.Z.,LiangH.,LiuW.X.,HuZ.M.,andLiL.H.,

2006,StudyontransformationofwheatwithSacBgenefromBacillussubtilis,ZhongguoNongyeKexue(ScientiaAgriculturaSinica),39(2):231-236(刘伟华,赵秀振,梁虹,刘文献,胡赞民,李立会,2006,枯草杆菌果聚糖蔗糖酶基因转化小麦的研究,中国农业科学,39(2):231-236)MaJ.H.,andZhengH.L.,2007,Molecularbiologicalbasisofsalt

toleranceinplants,ZhengwuxueZazhi(JournalofBiology),24(1):4-8(马建华,郑海雷,2007,植物耐盐的分子生物学基础,生物学杂志,24(1):4-8)

植物抗旱耐盐基因的研究进展

ResearchAdvanceonDroughtandSaltResistantGenesinTransgenicPlants

(AgriculturalResearchintheAridAreas),26(1):226-230(孙建昌,王兴盛,杨生龙,2008,植物耐盐性研究进展,干旱地区农业研究,26(1):226-230)

TranL.S.,NakashimaK.,SakumaY.SimpsonD.S.,FujitaY.,

MaruyamaK.,FujitaM.,SekiM.,ShinozakiK.,andYam-aguchi-ShinozakiK.,2004,Isolationandfunctionalanalysisofarabidopsisstress-inducibleNACtranscriptionfactorsthatbindtoadrought-responsivecis-elementintheearlyre-sponsivetodehydrationstresspromoter,ThePlantCell,16(9):2481-2498

WangJ.H.,SuB.,MaC.,WangG.S.,andShenX.,2008,Progress

ongeneticengineeringofdroughtresistanceinplants,Sheng-wuJishuTongbao(BiotechnologyBulletin),1:20-24(王均华,苏波,马冲,王国胜,沈向,2008,植物抗旱基因工程研究进展,生物技术通报,1:20-24)

WanB.L.,LinY.J.,andMouT.,2007,ExpressionofriceCa2+－

dependentproteinkinases(CDPKs)genesunderdifferenten-vironmentalstresses,FEBSLetters,581(6):1179-1189WuT.,TianZ.D.,LiuJ.,andXieC.H.,2009,Anovelleucine-richrepeatreceptor-likekinasegeneinpotato,StLRPK1,isinvolvedinresponsetodiversestresses,MolecularBiologyReports,36(8):2365-2374

XuD.,DuanX.L.,WangB.,HoT.H.D.,andWuR.,1996,Expres-sionofalateembryogenesisabundantproteingene,HAV1,frombarleyconferstolerancetowaterdeficitandsaltstressintransgenierice,PlantPhysiology,110(1):249-257YamadaS.,KatsuharaM.,KellyW.B.,MichalowskiC.B.,and

BohnertH.J.,1995,Afamilyoftranscriptsencodingwaterchannelproteins:tissue-specificexpressioninthecommoniceplant,ThePlantCell,7(8):1129-1142

YangH.Q.,andLiangX.E.,2001,Proteinkinasesandenviron

mentalstresssignalingcascadesinplants,ZhiwuShenglixueTongxun(PlantPhysiologyCommunications),37(3):185-191(杨洪强,梁小娥,2001,蛋白激酶与植物逆境信号传递途径,植物生理学通讯,37(3):185-191

ZentellaR.,Mascorro-GallardoJ.O.,vanDijckP.,Folch-Mallol

J.,BoniniB.,vanVaeckC.,GaxiolaR.,CovarrubiasA.A.,Nieto-SoteloJ.,TheveleinJ.M.,andIturriagaG.,1999,Aselaginelllepidoghyllatrehalose－6－phosphatesynthasecom-

549

plementsgrowthandstress-tolerancedefectsinayeasttps1mutant,PlantPhysiology,119:1473-1482

ZhangH.,DongW.,ZhouJ.M.,DuB.X.,GuD.M.,andChenS.

Y.,1998,Thecloningofthecloningoflevansucrasegeneanditsengineeringofsalttoleranttobaccoplants,ShengwuGongchengXuebao(ChineseJournalofBiotechnolog),14(2):181-186(张慧,董伟,周骏马,杜宝兴,谷冬梅,陈受宜,1998,果聚糖蔗糖转移酶基因的克隆及耐盐转基因烟草的培育,生物工程学报,14(2):181-186

ZhangM.,LingS.,andLuY.T.,2005,Cloningandfunctional

characterizationofNtCPK4,anewtobaccocalcium-dependentproteinkinase,BiochimicalBiophysiologyActa,1729(3):174-185

ZhangN.,SiH.J.,LiL.,YangT.,ZhangC.F.,andWangD.,

2009,Droughtandsalinitytoleranceintransgenicpotatoex-pressingthebetainealdehydedehydrogenasegene,ZuowuXuebao(ActaAgronomicaSinica),35(6):1146-1150(张宁,司怀军,栗亮,杨涛,张春凤,王蒂,2009,转甜菜碱醛脱氢酶基因马铃薯的抗旱耐盐性,作物学报,35(6):1146-1150ZhangX.H.,HuangC.L.,ShengY.Y.,andCaoM.Q.,2001,Re-searchprogressinplantdrought-resistantgene-engineering,ShengwuJishuTongxun(BiotechnologyInformation),4:21-25(张秀海,黄丛林,沈元月,曹鸣庆,2001,植物抗旱基因工程研究进展,生物技术通讯,4:21-25

ZhaoH.W.,ChenY.J.,HuY.L.,GaoY.,andLinZ.P.,2000,Con-structionofatrehalose－6－phosphatesynthasegenedrivenbydrought-responsivepromoterandexpressionofdrought-resistanceintransgenictabacco,ZhiwuXuebao(ActaBotan-icaSinica),42(6):616-619(赵恢武,陈杨坚,胡鸢雷,高音,林忠平,2000,干旱诱导性启动子驱动的海藻糖－6－磷酸合酶基因载体的构建及转基因烟草的耐旱性,植物学报,42(6):616-619

ZhaoJ.S.,RenW.,ZhiD.Y.,WangL.,andXiaG.,2007,Ara-bidopsisDREB1A/CBF3bestowedtransgenictallfescuein-creasedtolerancetodroughtstress,PlantCellReports,26(9):1521-1528

ZhouG.,andLiY.R.,2007,Advancesindroughtinducedpro-teinsinplants,GuangxiNongyeKexue(GuangxiAgricul-turalScience),38(4):379-385(周桂,李杨瑞,2007,植物干旱诱导蛋白研究进展,广西农业科学,38(4):379-385)