共表达 AtDREB2A 和 AtSHN1 基因赋予转基因桑树耐旱耐盐及减少采后失水能力

为提升桑树抗逆性和减少叶片采后失水，研究人员共表达 AtDREB2A 和 AtSHN1 基因，发现可增强其抗多种胁迫能力。

　　桑树，这种在日常生活中看似普通的树木，却有着非凡的价值。它是蚕宝宝最爱的食物，为丝绸产业提供了关键的原材料，在全球经济中扮演着重要角色。不仅如此，桑树还具有高生物量生产、快速生长、能与昆虫和微生物相互作用等特点，在生态保护和医药领域也展现出巨大的潜力。

然而，桑树的种植面临着诸多挑战。在印度等主要种植地区，土壤水分亏缺成为了一个棘手的问题。由于降雨不稳定、灌溉用水短缺，干旱胁迫严重影响了桑树的生长，导致叶片产量大幅下降。同时，干旱、盐碱、极端温度等非生物胁迫，也会使桑叶的质量大打折扣，影响蚕宝宝的生长发育和茧的产量。而且，传统的育种方法在应对这些问题时困难重重，桑树复杂的遗传特性、漫长的幼年期以及现有的遗传变异性不足，都限制了通过传统手段对其进行改良。

在这样的背景下，来自印度的 Central Silk Board - Central Sericultural Research and Training Institute、University of Agricultural Sciences 等机构的研究人员，开展了一项具有创新性的研究。他们试图通过基因工程技术，提升桑树的非生物胁迫耐受性，同时减少叶片采后失水，提高桑叶的质量。研究成果发表在《Plant Growth Regulation》杂志上。

为了实现这一目标，研究人员采用了多种关键技术方法。首先是农杆菌介导的遗传转化技术，他们将含有 AtDREB2A 和 AtSHN1 基因表达盒的二元载体，导入到桑树的子叶和下胚轴外植体中，从而获得转基因桑树。其次，运用了基因表达分析技术，通过定量 PCR（qPCR）来检测转基因桑树中 AtDREB2A 和 AtSHN1 基因的表达水平。此外，还进行了一系列生理生化测定，如测定叶片的角质层抗性、水分保持能力、相对含水量（RWC）、脯氨酸含量等，以评估转基因桑树的抗逆性能。

研究结果如下：

1. 转基因桑树的获得与分子鉴定：通过农杆菌介导的转化，研究人员成功获得了转基因桑树植株。经过 PCR 和 qPCR 检测，确认了 AtDREB2A 和 AtSHN1 基因在转基因桑树中的整合和表达。在不同的转基因株系中，这两个基因的表达水平存在差异，表达倍数在 1 - 2.01 倍之间。
2. 正常水分条件下的生理生化特性：与野生型相比，转基因桑树的叶片更绿、更有光泽，且具有更高的总可溶性蛋白、糖和叶绿素含量。在角质层抗性方面，转基因桑树表现更好，叶绿素浸出较少，叶片采后失水显著降低，水分保持能力更高。通过 NBT 染色发现，转基因桑树叶片中积累的超氧自由基数量少于野生型，表明其具有更强的抗氧化能力。
3. 不同土壤水分条件下的生理生化特性：在 100% 田间持水量（FC）条件下，转基因桑树的 SPAD 叶绿素仪读数（SCMR）、净光合速率（A）和蒸腾速率（E）等指标均优于野生型。在 60% FC 条件下，虽然转基因桑树和野生型的各项指标均有所下降，但转基因桑树仍能保持较高的 SCMR、A、E、气孔导度（gs）和瞬时水分利用效率（WUEi），同时其相对含水量（RWC）和脯氨酸含量也显著高于野生型。
4. 离体叶片圆盘试验结果：在 25% 聚乙二醇（PEG）、200 mM NaCl 和 10 μM 甲基紫精（MV）处理下，转基因桑树叶片的叶绿素降解和电解质渗漏明显低于野生型，表明其在干旱、盐碱和氧化胁迫下具有更好的耐受性。

研究结论和讨论部分指出，这项研究首次通过农杆菌介导的遗传转化，在桑树中同时引入并共表达 AtDREB2A 和 AtSHN1 两个转录因子编码基因，成功实现了对桑树目标性状的调控。研究结果表明，共表达这两个基因能够显著增强桑树对土壤水分亏缺、干旱、盐碱和氧化胁迫的耐受性，提高叶片的角质层抗性，减少采后失水。同时，转基因桑树在叶绿素保留能力、膜稳定性、渗透调节物质合成、光合作用和水分利用效率等方面也有明显改善。这一研究为多年生桑树以及其他作物的定向改良提供了一种可行的策略，即通过共表达与不同性状相关的上游调控基因，来实现作物的精准遗传改良。这些转基因桑树品系还可作为预育种资源，按照生物安全指南进行进一步的田间试验，评估其在实际生产中的应用潜力，有望为桑树产业的可持续发展带来新的契机。