【文献解读】甘薯IbPSS1基因的过表达与植物耐盐性和钠离子稳态的关系

磷脂酰丝氨酸合酶(PSS)介导的磷脂酰丝氨酸(PS)合成对植物发育至关重要。然而，关于PSS对植物Na +稳态调节和耐盐性的贡献知之甚少。在这里，研究者从甘薯（Ipomoea batatas (L.) Lam.）中克隆了IbPSS1基因，该基因编码拟南芥AtPSS1的直系同源物。IbPSS1在本氏烟草叶片中的瞬时表达增加了磷脂酰丝氨酸丰度。然后，研究者们建立了一种高效的发根农杆菌介导的甘薯体内根系转基因系统。过表达IbPSS1显着降低了细胞 Na+，导致转基因根 (TRs)盐渍化。IbPSS1的过表达增强了盐诱导的Na + /H +逆向转运活性，并增加了TRs 中对NaCl 和H2O2的质膜(PM) Ca 2+渗透通道的敏感性。研究者证实了IbPSS1在转基因甘薯品系的耐盐性中的重要作用。同样，与野生型（WT）植物相比，转基因株系表现出减少的Na+积累，增强了Na+排除，并增加Ca 2+渗透通道对根中 NaCl 和 H2O2的敏感性。溶血磷脂酰丝氨酸的外源应用引发了野生型盐渍根中Na+和Ca 2+的积累。总体而言，本研究为甘薯功能基因组研究提供了一种高效可靠的转基因方法。我们的研究结果表明，IbPSS1通过促使根中Na+稳态来促进甘薯的耐盐性。

3.1 从甘薯中鉴定IbPSS1

从甘薯品种徐树29中分离到一个PSS基因。该基因的ORF长度为 1272 bp，编码一个 423 aa 的多肽（分子量：49.4 kDa），预测 pI 为 9.12。该PSS及其来自不同物种的直系同源物的多序列比对表明它是一种钙依赖性碱基交换型PSS（图1a）。来自不同植物物种的PSS直系同源物的系统发育分析表明，这种来自甘薯的PSS基因与其在番茄（SlPSS1;1和SlPSS1;2）和拟南芥（AtPSS1）中的直系同源物密切相关（图1b）。因此，将此基因命名为IbPSS1（GenBank 登录号 MN857546）。本氏烟草叶中瞬时共表达结果表明：绿色荧光主要分布在表皮细胞边缘区域，表明PS主要定位于质膜PM区域。

3.2 甘薯根系高效转基因体系的建立

为了快速确定IbPSS1在介导 Na+稳态中的作用，我们在甘薯26中建立了一个有效的发根农杆菌介导的体内根转基因系统。在我们的系统中，我们将包含两个表达box（感兴趣的基因+ DsRed标记）的表达载体引入农杆菌K599菌株，然后将其注入甘薯品种均匀插条的茎基部。在土壤中生长3周后，将生根的红薯幼苗取出清洗，在注射部位周围可见许多根部带有明显的红色荧光（图2）。农杆菌介导的转基因根 (TRs) 诱导在一些甘薯品种中表现出很高的效率。

3.3 过度表达IbPSS1的甘薯根中的细胞Na+稳态发生了改变

在对照和盐水条件下，TRs 中IbPSS1的相对表达水平比ARs中的高3 倍。在 24 小时的 NaCl 胁迫（200 mM）后，我们观察到与 TR 相比，在 AR 的伸长区， Na +的积累明显较高。在 24 小时的 NaCl 胁迫（200 mM）后，AR 和 TR 的所有测试根区（伸长区和成熟区）均显示出明显的 Na +流出。

3.4 IbPSS1过表达在全株水平上增强转基因甘薯的耐盐性

为了确认IbPSS1是否可以在整株水平上增强耐盐性，使用根癌农杆菌介导的转化将pCaMV35S:IbPSS1构建体引入甘薯的胚性愈伤组织（图 5a)。三个具有最高IbPSS1转录水平的再生转基因系（L11、L17 和 L19）被用于进一步的生理学表征（图 5b）。

将 NaCl (200 mM) 施用于均匀生根的野生型 (WT) 和IbPSS1转基因幼苗 9 天。结果表明，与 WT 相比，IbPSS1 转基因株系表现出明显增强的耐盐性（图 5c）。与 WT相比，盐渍化的转基因株系具有显着更高的存活率（图 5d）。与耐盐表型一致，三个转基因品系盐渍化根的伸长区的Na +积累水平显着低于WT（图5e, f）。此外，三个转基因品系盐渍化根的伸长区和成熟区的净Na +流出量显着高于WT（图 5g）。总之，这些发现表明，IbPSS1过表达通过加速根中的 Na +排除提高了整株植物的耐盐性。此外，在IbPSS1过表达幼苗的根部中，PM Ca 2+渗透通道对 NaCl 和 H2O2的敏感性增强（图 5h, j）。

总之，本研究为甘薯功能基因组研究提供了一种快速、方便、可靠的转基因方法。我们的研究结果表明，IbPSS1 介导的 PS 产生参与介导盐和 H2O2诱导的Ca2+跨膜转运，并揭示了IbPSS1正调节根部盐胁迫下的Na+/H+逆向转运蛋白活性和细胞Na+的稳态，从而有助于提高甘薯全株水平的耐盐性。据了解，这是第一项调查PSS对Na+植物的体内平衡和耐盐性。

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