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ThASR3赋予转基因柽柳和拟南芥盐和渗透胁迫耐受性

ASR（脱落酸、胁迫和成熟诱导）基因家族在响应植物非生物胁迫方面起着至关重要的作用。然而，ASR基因保护植物免受高盐和干旱胁迫的作用在Tamarix hispida中仍然未知。

结果

在这项研究中，盐和干旱诱导的ASR基因ThASR3从Tamarix hispida中分离出来。与野生型 (WT) 植物相比，在盐分和缺水胁迫下，过表达ThASR3 的转基因拟南芥表现出刺激根系生长和增加鲜重。为了进一步分析 ThASR3 的功能获得和丧失，使用瞬时转化生成了过表达或 RNA 干扰 (RNAi)-沉默ThASR3的转基因T. hispida植物。ThASR3在柽柳和拟南芥中的过表达植物在高盐和渗透胁迫条件下表现出增强的活性氧（ROS）清除能力，包括增加抗氧化酶的活性和脯氨酸和甜菜碱的含量，降低丙二醛（MDA）含量和电解质渗漏率。

结论

我们的研究结果表明，ThASR3在柽柳对盐胁迫和渗透胁迫的响应中起正调控作用，并赋予转基因植物多种非生物胁迫耐受性，这可能在林木抗性的遗传改良中具有重要的应用价值。

背景

不同种类的非生物胁迫能够改变不同植物的各种性状、基因表达和蛋白质组学特征。固定在土壤中的植物不断遇到非生物胁迫，这些胁迫通常会限制植物的生长和生产。植物进化出不同的适应机制来应对各种非生物胁迫，例如转录本丰度的转录调控。许多基因，例如分子伴侣（Hsp60 和 Hsp70）和转录因子基因。在调节各种信号通路和响应非生物胁迫的生物过程中发挥关键作用。

ASR蛋白具有高亲水性、低分子量，属于植物组织特异性DNA结合蛋白。ASR 家族成员通常含有高度保守的脱落酸/缺水胁迫 (ABA/WDS) 结构域 (Pfam PF02496)。ASR1是 ASR 家族中第一个被报道的成员，是在水分胁迫条件下从番茄果实中分离出来的随后，在番茄、玉米、小麦等双子叶和单子叶植物中发现了许多ASR同源基因。然而，模式植物拟南芥中不存在ASR同源基因。ASR 蛋白首先仅在细胞核中检测到，而随后在细胞核和胞质溶胶中均被发现。据推测，ASRs 在植物细胞中具有双重分子功能。一些 ASR 蛋白被认为是转录因子，以 Zn 2+依赖性方式与特定 DNA 结合以调节下游基因的表达，而一些 ASR 蛋白也可能作为分子伴侣来保护细胞成分的活性。

已有研究证明ASR蛋白参与植物生长、衰老和果实成熟。此外，越来越多的证据表明 ASR 家族成员在应对各种非生物胁迫方面发挥着关键作用。来自香蕉 ( MpASR ) 和百合 ( LLA23 )的ASR基因赋予转基因拟南芥耐旱性。OsASR5，其中包含 HSP 和 2OG-Fe (II) 加氧酶蛋白，据推测可作为伴侣发挥作用，以增强拟南芥和水稻的耐旱性。同样，小米SiASR1或小麦TaASR1的过表达可通过增加活性氧 (ROS) 相关基因的表达水平和激活抗氧化系统来增强转基因烟草的高盐和耐旱性。此外，来自水稻的 ASR1 蛋白通过将 H 2 O 2转化为 H 2来清除 ROS，从而赋予酵母细胞抗逆性O 和进行类似伴侣的活动。来自毛竹的PheASR2在水稻中的过表达显示了 ROS 清除相关基因的高表达。然而，尽管ASR基因响应非生物胁迫的广泛报道，ASR 基因与非生物胁迫耐受性的潜在分子过程和生理相关性在柽柳中仍不清楚。

Tamarix hispida以灌木或小树的形式生长，可以抵抗盐分、干旱和恶劣的温度，这表明该植物物种在胁迫耐受相关基因的功能表征以及胁迫耐受机制中具有重要作用。

在这项研究中，从Tamarix hispida中克隆了一个ASR基因 ( ThASR3 )，该基因受盐和干旱胁迫的强烈诱导。ThASR3在盐胁迫和渗透胁迫耐受中的作用得到证实，并阐明了该基因在胁迫下的生理调控机制。本研究为分子育种提高植物抗逆性提供了候选基因资源。

结果

ThASR3基因分离及序列分析

盐诱导的ASR基因ThASR3（Genbank 登录号：OL310472）是通过 RNA-seq 和 NaHCO 3处理从T.hispida中筛选出来的。ThASR3的开放阅读框（ORF）全长309 bp，编码103个氨基酸。Blastx 分析显示 ThASR3 与来自Citrus Sinensis的 ASR 具有 70% 的序列同一性（图 1A）。ThASR3 展示了一个高度保守的 ABA/WDS 基序、一个富含组氨酸的区域和两个富含丙氨酸的区域。系统发育树显示 ThASR3 与 ASRs 亚家族密切相关。综上所述，ThASR3属于T. hispida中的ASR亚科。

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