质体甘油脂酰基转移酶AtATS1的异源表达负调控油菜（Brassica napus）盐胁迫耐受性

《Horticulturae》：Heterologous Expression of the Plastid Glycerolipid Acyltransferase AtATS1 Negatively Regulates Salt Stress Tolerance in Rapeseed (Brassica napus)

　　

定位于质体的甘油-3-磷酸酰基转移酶（glycerol-3-phosphate acyltransferase, ATS1）催化甘油脂生物合成原核分支中的初始酰化步骤，对膜脂重塑至关重要。在本研究中，研究人员利用过表达AtATS1的转基因油菜（Brassica napus）株系与野生型植株，研究了拟南芥（Arabidopsis thaliana）ATS1（AtATS1）在耐盐性中的作用。在150 mM盐胁迫下，与野生型植株相比，过表达AtATS1的株系表现出显著受损的耐受性，表现为严重的生长抑制和子叶脱落。生理测定进一步表明，尽管抗氧化酶（超氧化物歧化酶，SOD；过氧化物酶，POD）被过度诱导，转基因株系仍遭受过量的活性氧（reactive oxygen species, ROS）积累和升高的丙二醛（malondialdehyde, MDA）水平，表明其未能维持氧化还原稳态。转录组分析表明，AtATS1过表达通过将代谢资源错误分配至硫代葡萄糖苷生物合成并组成性抑制MAPK信号级联（包括WRKY42、MPK15和MEKK1）而扰乱胁迫响应。总之，这些发现将AtATS1鉴定为油菜耐盐性的负调控因子。该研究为脂质代谢与非生物胁迫响应之间的联系提供了新见解，并强调了在工程化改造耐盐油菜品种时需谨慎调控甘油脂生物合成。

**研究背景**

土壤盐渍化是威胁全球农业可持续发展最紧迫的环境挑战之一。目前，全球约20%的耕地和近一半的灌溉农田受到盐胁迫影响，预计到2050年这一比例将超过全球农业用地的50%。盐胁迫通过离子毒害、渗透胁迫以及活性氧（reactive oxygen species, ROS）积累引发的氧化损伤，破坏细胞膜、叶绿体和线粒体，抑制光合作用和代谢稳态。油菜（Brassica napus）作为全球及中国重要的油料作物，具有中等耐盐能力，在100–150 mM NaCl范围内幼苗生长即受显著影响，但不同基因型间响应差异较大。目前关于油菜耐盐调控网络的转录组和功能研究仍有限。甘油-3-磷酸酰基转移酶（glycerol-3-phosphate acyltransferase, GPAT）是脂质代谢中参与非生物胁迫响应的关键酶。在拟南芥（Arabidopsis thaliana）中，由AtATS1编码的质体定位GPAT催化磷脂酰甘油（phosphatidylglycerol, PG）的酰化反应，影响膜流动性和脂肪酸组成。已有研究表明ats1功能缺失突变体在正常条件下生长缺陷，但盐耐受性增强。基于此，研究人员假设AtATS1异源过表达导致的脂质稳态破坏可能损害油菜的耐盐性。

**研究内容与意义**

研究人员在优良油菜品种中双11号（Zhongshuang 11, ZS11）中创制了过表达AtATS1的转基因株系，通过整合生理学和转录组学分析，系统探究了AtATS1在盐胁迫下的功能。研究发现，AtATS1过表达加剧了盐诱导的生长抑制、破坏了ROS氧化还原稳态，并重塑了全局转录网络。该研究将AtATS1鉴定为油菜耐盐性的负调控因子，为脂质代谢与非生物胁迫响应之间的联系提供了新见解。相关成果发表在《Horticulturae》上。

**主要关键技术方法**

研究人员利用农杆菌（Agrobacterium tumefaciens）GV3101介导的遗传转化法，将AtATS1过表达载体导入油菜品种中双11号（ZS11），获得18个独立T0转基因株系。通过实时荧光定量PCR（qRT-PCR）筛选出高表达株系ATS1 OE-4和低表达株系ATS1 OE-15，并经基因组PCR鉴定T1代阳性植株。采用水培体系进行150 mM NaCl处理3天，测定根系超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶（POD）活性及丙二醛（MDA）含量，利用3,3′-二氨基联苯胺（DAB）染色检测叶片H₂O₂积累。对野生型ZS11和ATS1 OE-4根组织构建12个RNA-seq文库（2个基因型×2个NaCl浓度×3个生物学重复），利用DESeq2鉴定差异表达基因（DEGs），并进行GO和KEGG富集分析。

**研究结果**

*3.1 AtATS1异源表达降低油菜的盐胁迫耐受性*

通过qRT-PCR将18个T0转基因株系分为高表达组和低表达组，选取ATS1 OE-4（高表达）和ATS1 OE-15（低表达）进行T1代分析。PCR鉴定显示ATS1 OE-15和ATS1 OE-4的T1后代阳性率分别为59.1%和63.5%。在150 mM NaCl胁迫下，野生型ZS11仅表现轻微子叶黄化，而两个转基因株系均表现出耐盐性降低。高表达株系ATS1 OE-4出现严重的子叶黄化、卷曲甚至脱落；低表达株系ATS1 OE-15虽未出现卷曲脱落，但生长受到显著抑制。

*3.2 盐胁迫下根系抗氧化生理参数与叶片ROS组织化学检测*

150 mM NaCl诱导所有供试株系根系SOD和POD活性升高，但转基因株系表现出过度诱导响应，活性高低顺序为ATS1 OE-4 > ATS1 OE-15 > ZS11（p < 0.05）。然而，MDA含量分析显示ATS1 OE-4在盐处理后MDA急剧升高，而ZS11和ATS1 OE-15保持稳定。DAB染色证实盐