胡杨木葡聚糖内转糖苷酶/水解酶基因PeXTH与组织肉质化发生及离子平衡调控机制研究

土壤盐渍化是抑制植物生长和发育的一个重要因素。土壤中过高的盐浓度会破坏植物体内的水分平衡、离子平衡和活性氧平衡。胡杨是我国西北干旱盐碱的荒漠地带唯一能够形成森林的高大乔木树种。研究发现，在长期盐胁迫下，胡杨叶片明显变厚，叶肉细胞层数增加，同时出现体积较大的细胞。这种肉质化组织能够起到稀释盐分的作用，是胡杨适应盐渍环境的一个重要的结构特征。我们前期微阵列研究结果显示，在盐胁迫下，胡杨根叶组织中PeXTH（木葡聚糖内转糖苷酶/水解酶）基因表达上调，XTHs主要催化细胞壁木葡聚糖-纤维素微纤丝复合结构中木葡聚糖的断裂和重连。据此，我们预测该基因可能和胡杨叶片在长期盐胁迫后发生组织肉质化相关。我们从胡杨叶片中克隆得到一个木葡聚糖内转糖苷酶/水解酶基因PeXTH，并把该基因转入烟草植株。亚细胞定位结果显示PeXTH蛋白分布在内质网和细胞壁上。转PeXTH基因烟草的抗盐性明显高于野生型，这种变化主要源自PeXTH的过表达所引起的叶片解剖结构和生理功能的改变。转PeXTH基因的烟草叶肉组织发生肉质化，单位叶面积含水量和叶片鲜重/干重比这两个肉质化指标都明显提高。转基因烟草叶片含水量的增加主要源于栅栏细胞的高度密集化，而非叶片厚度增加所致。在盐胁迫下，高度密集化的栅栏细胞导致单位面积（或单位干重）的水分含量增加，从而稀释了组织和细胞中盐离子（Na+和Cl-）的浓度；同时，叶肉细胞数目的增加和胞间隙的减小有助于提高碳同化和光合效率。因此，我们推断PeXTH的过表达使烟草叶肉组织发生肉质化，从而增加了抗盐性。