糖甜菜BvSnRK2.1基因的异源表达通过多维度防御机制增强烟草耐盐性

本研究针对土壤盐渍化对作物生长的威胁，通过克隆糖甜菜(Beta vulgaris L.)的BvSnRK2.1基因并转化烟草，系统解析了该基因通过协调离子平衡（NbSOS1/NbNHX）、抗氧化系统（SOD/POD/CAT）和渗透调节（脯氨酸/可溶性糖）等多重途径增强植物耐盐性的分子机制。结果表明，转基因烟草在200 mM NaCl胁迫下根系生长量提升2.19倍，光合效率提高2.8倍，为作物抗逆育种提供了新靶点。

　　

土壤盐渍化已成为威胁全球农业生产的严峻问题，据统计，超过20%的灌溉农田因盐害导致作物减产。面对这一挑战，植物进化出复杂的应激响应网络，其中蔗糖非发酵1相关蛋白激酶2(SnRK2)家族作为关键调控因子备受关注。然而，对于糖甜菜这一重要耐盐作物中SnRK2成员的功能解析仍存在空白。兰州理工大学的研究团队在《Plant Growth Regulation》发表的研究，首次揭示了糖甜菜BvSnRK2.1基因通过多维度防御机制增强植物耐盐性的创新发现。

研究采用基因克隆、系统发育分析和农杆菌介导的遗传转化等技术手段。通过构建pEG100-BvSnRK2.1载体转化烟草，获得T₂代转基因株系；利用qRT-PCR检测基因表达，结合生理指标测定（抗氧化酶活性、渗透物质含量）和组化染色（DAB/NBT）评估耐盐性；通过火焰原子吸收光谱法测定离子含量，便携式光合仪监测Pn（净光合速率）。

BvSnRK2.1的系统发育与表达特征
系统发育分析显示BvSnRK2.1属于SnRK2家族Group II亚群，与ABA信号通路关联较弱。转基因烟草中BvSnRK2.1表达量显著提升，T₂代仍保持稳定遗传。

根系发育与光合稳定性增强
在150 mM NaCl胁迫下，转基因株系OE3根长比野生型(WT)增加2.19倍（P<0.05）。盐胁迫14天后，OE3叶绿素含量和Pn分别比WT高54.02%和2.8倍，表明BvSnRK2.1能有效维持光合器官功能。

ROS清除系统的激活
DAB/NBT染色显示转基因植株H₂O₂和O₂^.-积累减少。酶活检测证实OE3的POD、SOD、CAT活性分别比WT高39.55%、25.81%和32.30%，相关基因NbSOD/NbCAT表达量提升2.5倍。

渗透调节物质积累
盐胁迫下转基因株系脯氨酸含量增幅达119%，可溶性糖和蔗糖含量分别增加50.45%和47.74%。qRT-PCR显示脯氨酸合成关键基因NbP5CS表达上调3.03倍。

离子稳态调控
转基因植株Na⁺含量降低31%，K⁺/Na⁺比值提高1.8倍，离子转运基因NbSOS1、NbNHX和NbAKT表达显著上调。

该研究阐明BvSnRK2.1通过三重防御机制协同增效：1）通过NbSOS1/NbNHX调控离子平衡；2）激活SOD/POD/CAT抗氧化系统；3）促进脯氨酸/可溶性糖积累维持渗透平衡。这一发现不仅丰富了SnRK2家族功能认知，更为设计多基因叠加的作物耐盐育种策略提供了理论依据。研究首次揭示Group II SnRK2成员在非ABA依赖途径中的独特作用，为应对全球土壤盐渍化挑战提供了新思路。