植物在生长发育过程中，会遭到盐碱、干旱、冷害、高温等非生物胁迫。这些胁迫会伤害植物，主要表现为膜损伤、活性氧损害、光合作用下降、分解代谢加强等，最终导致其品质和产量的下降。在长期进化过程中，植物形成了一系列完整而复杂的机制来响应和抵御这些非生物胁迫。研究表明蔗糖非发酵蛋白激酶1（SnRK1）在植物生长发育中起着非常重要的作用，广泛参与植物的能量代谢，是影响植物碳氮代谢的关键因子之一。之前的研究表明在甘薯中过表达IbSnRK1基因显着提高其淀粉含量，并通过影响粒径、链长分布等改善淀粉品质。但是，关于IbSnRK1在植物逆境胁迫中的作用及调控机制鲜有报道。
近日，The Crop Journal在线发表了中国农业大学刘庆昌课题组的研究论文“A sucrose non-fermenting-1-related protein kinase-1 gene, IbSnRK1, confers salt, drought and cold tolerance in sweet potato”。该研究发现在甘薯中过表达IbSnRK1基因，显着增强甘薯对盐、旱以及冷胁迫的抗性。
在盆栽等条件下，用NaCl、干旱和4 °C低温对野生型、转基因植株和空载对照进行胁迫处理，发现转基因植株均长势良好，干鲜重、光合速率、细胞间CO2浓度均显着高于对照植株。表明过表达IbSnRK1基因显着增强转基因甘薯的耐盐性、耐旱性和耐冷性。
图1 过表达IbSnRK1基因显着增强甘薯的耐盐性、耐旱性和耐冷性
为了探究SnRK1基因调控甘薯抗逆性的机制，该研究对ABA、脯氨酸、MDA、K+、Na+等的含量以及相关酶的活性进行了测定，发现在胁迫条件下转基因甘薯植株中ABA和脯氨酸含量显着增加，K+/Na+比显着提高，SOD、APX、CAT和POD酶活性显着增强，MDA和H2O2含量以及O2-的产生速率显着降低。同时还发现在转基因甘薯植株中，IbSnRK1基因通过促进气孔的关闭，降低了蒸腾作用，从而保有较多的水分。进一步研究表明，在盐、旱以及冷胁迫下过表达该基因显着上调ABA合成、逆境响应以及气孔关闭相关的一系列基因。这些结果表明，IbSnRK1基因通过ABA信号传导途径激活ROS清除系统，调控气孔的关闭，从而增强甘薯对盐、旱以及冷胁迫的抗性。
图2 在转基因甘薯植株中IbSnRK1基因调控气孔的关闭
图3IbSnRK1基因调控甘薯抗逆性的模式图
中国农业大学任志彤博士为该论文的第一作者，刘庆昌和翟红为共同通讯作者。该研究得到国家重点研发计划和国家甘薯产业技术体系的资助。
文章来源于CropJ，作者编辑部
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