谷子SiGSTU24基因异源表达增强拟南芥盐胁迫抗性的分子机制研究

本研究针对土壤盐渍化导致的作物减产问题，聚焦谷子(Setaria italica L.) GST基因家族中盐胁迫响应最显著的SiGSTU24基因。研究人员通过构建过表达转基因拟南芥，结合表型分析、ROS检测及RNA-Seq技术，发现SiGSTU24通过调控抗氧化酶系统（SOD/CAT/POD/APX）及谷胱甘肽代谢通路，显著提升植物耐盐性。该研究为作物抗逆育种提供了新靶点，发表于《BMC Plant Biology》。

　　

土壤盐渍化已成为威胁全球农业生产的严峻挑战，据统计全球盐渍化耕地面积达8.33亿公顷。盐胁迫会破坏植物离子平衡，诱导活性氧(ROS)爆发，导致细胞膜脂过氧化和生长抑制。谷子作为营养丰富的旱作作物，其耐盐机制研究对保障粮食安全具有重要意义。谷胱甘肽S-转移酶(GST)是植物应对氧化应激的关键酶类，但谷子GST家族成员在盐胁迫中的具体功能尚不明确。

西北农林科技大学的研究团队通过前期基因组分析发现，谷子GST基因家族成员SiGSTU24在盐胁迫下表达上调最为显著。为揭示其功能，研究人员构建了SiGSTU24过表达转基因拟南芥株系(OE-1/OE-2/OE-5)，利用表型观测、生理指标测定、DAB/NBT染色、RNA-Seq等技术系统解析其抗盐机制。研究发现，SiGSTU24通过激活抗氧化防御网络，显著提升植物在盐胁迫环境中的生存能力，相关成果发表于《BMC Plant Biology》。

关键技术方法包括：1) 基于盐胁迫转录组数据筛选目标基因；2) 构建pGreen-6HA过表达载体并转化拟南芥；3) 通过qRT-PCR验证转基因株系；4) 测定盐胁迫下表型参数（发芽率、株高、生物量等）；5) 检测ROS含量及抗氧化酶活性(SOD/CAT/POD/APX/GST)；6) RNA-Seq分析差异表达基因并进行GO/KEGG富集。

SiGSTU24序列特征与表达模式
系统发育分析显示SiGSTU24与大麦RLN16305.1和拟南芥AtGSTU24亲缘关系最近（图1B）。该基因含单外显子，编码234个氨基酸，等电点5.45。qRT-PCR证实转基因株系中SiGSTU24表达量较野生型(WT)提高23.5-30.1倍（图1D）。

过表达株系增强盐胁迫耐受性
在150 mM NaCl胁迫下，OE株系发芽率(76.6-84.4%)显著高于WT(66.7%)和突变体atgstu24(57.8%)（图2B）。盐胁迫7天后，OE株系根长比WT增加18.3-22.1%，而atgstu24缩短11.8%（图3B）。成熟期OE株系在300 mM NaCl处理后的株高、千粒重分别比WT提高17.3%和5.1%（图4D, 5D）。

ROS清除机制解析
DAB/NBT染色显示OE株系H₂O₂和O₂^-积累量最低（图6A）。生理检测发现OE株系的MDA含量比WT低20.6%，而SOD、CAT活性分别提高1.8倍和1.5倍（图7A-E）。GSH/GSSG含量增加16.6-20.2%，伴随抗氧化基因AtAPX/AtSOD表达上调（图7H-K）。

转录组调控网络
RNA-Seq鉴定出1161个OE特异差异基因，富集于谷胱甘肽代谢和MAPK信号通路（图8D）。关键转录因子如bHLH(AT5G46830)和NAC(AT3G15510)被激活，协同调控抗氧化防御系统（图8F）。

该研究首次阐明谷子SiGSTU24通过双重机制增强耐盐性：一方面直接提升GSH代谢效率清除ROS，另一方面通过调控转录因子网络激活抗氧化酶系统。这不仅丰富了植物GST基因功能的理论认知，更为分子设计育种提供了重要靶标。未来可通过 CRISPR 等技术创制SiGSTU24编辑的谷子新种质，推动耐盐作物品种培育。