雪莲SiRVE8通过ROS信号通路调控植物耐盐性的分子机制解析

《Plant Physiology and Biochemistry》：Saussurea involucrata REVEILLE8, a circadian clock protein, confers salt tolerance by ROS signaling

本研究针对土壤盐渍化制约农业生产的难题，聚焦极端环境植物雪莲的昼夜节律基因SiRVE8。通过转基因拟南芥和番茄的功能验证，发现SiRVE8通过直接激活AtERF109转录因子，上调ROS清除基因表达，降低盐胁迫引起的氧化损伤，显著增强植物耐盐性。该研究为作物抗逆育种提供了新靶点。

　　

随着全球土壤盐渍化问题日益严重，农作物产量面临严峻威胁。盐胁迫会破坏植物离子平衡、诱发活性氧（ROS）积累，导致光合作用抑制和生长受阻。传统抗盐机制研究多集中于激素信号或渗透调节，而近年发现昼夜节律核心组分REVEILLE（RVE）蛋白在逆境响应中扮演关键角色。然而，对极端环境植物中RVE基因的功能探索仍属空白。

为此，石河子大学研究团队以高山珍稀药用植物雪莲（Saussurea involucrata）为材料，克隆获得昼夜节律基因SiRVE8。该基因编码一个含典型MYB结构域和SHAQK(Y/F)F motif的转录因子，系统进化分析显示其与拟南芥AtRVE4/8亲缘关系最近。表达模式分析发现SiRVE8不仅呈现昼夜节律性，还能被盐胁迫和低温（4°C）显著诱导。

为解析其功能，研究人员构建了SiRVE8过表达拟南芥和番茄株系。表型分析表明，转基因植株在150 mM NaCl处理下发芽率提高至100%（野生型仅50%），根系生长受抑制程度显著减轻。生理指标检测显示，过表达株系的相对电导率和丙二醛（MDA）含量较低，而过氧化氢（H₂O₂）和超氧阴离子（O₂^-）积累减少，抗氧化酶CAT、POD活性及脯氨酸含量显著提升。离子稳态分析进一步揭示转基因植株能维持更低的Na⁺/K⁺比值。

通过RNA-seq转录组分析，团队发现SiRVE8过表达导致3284个差异表达基因，其中ROS清除相关基因（如GSTU4、PRXQ等）显著富集。利用酵母单杂交（Y1H）、双荧光素酶报告基因（DLR）和凝胶迁移实验（EMSA）验证了SiRVE8可直接结合AtERF109启动子区的GATATT motif，并激活其转录。AtERF109作为ROS响应核心调控因子，进一步下游激活一系列抗氧化基因表达，从而形成SiRVE8-AtERF109-ROS调控模块。

在番茄中的验证实验同样表明，过表达SiRVE8能缓解盐胁迫引起的叶绿素降解和氧化损伤，提高植株生物量和光合效率。该研究首次从极端环境植物中挖掘出SiRVE8基因，阐明了其通过转录级联反应增强ROS清除能力的分子通路，为作物抗盐遗传改良提供了新策略。

关键技术方法

研究采用转基因技术构建SiRVE8过表达拟南芥和番茄株系；通过qRT-PCR分析基因表达模式；利用RNA-seq进行转录组测序与差异基因富集分析；运用Y1H、DLR和EMSA实验验证转录调控关系；通过生理指标检测（离子含量、抗氧化酶活性等）评估耐盐性。

3.1 SiRVE8序列特征

系统进化与保守域分析显示SiRVE8属于RVE8亚家族，具有MYB-like结构域和LCL域等典型特征。

3.2 SiRVE8表达模式

该基因在雪莲中呈现昼夜节律性，并被盐胁迫和4°C低温诱导，但在-4°C冷冻条件下响应较弱。

3.3 增强拟南芥耐盐性

转基因株系在盐胁迫下发芽率、根系生长和存活率显著优于野生型，氧化损伤指标降低，离子稳态调控能力增强。

3.4 转录组分析

RNA-seq发现转基因植株中ROS清除通路基因显著上调，GO和KEGG分析显示胁迫响应通路富集。

3.5 ROS清除基因调控

热图与qRT-PCR验证GSTU4、SRO5等抗氧化基因在转基因株系中高表达。

3.6 SiRVE8直接激活AtERF109

通过Y1H、DLR和EMSA证实SiRVE8结合AtERF109启动子并激活其转录，构成信号通路核心环节。

3.7 番茄耐盐性验证

在番茄中过表达SiRVE8同样显著提升盐耐受性，证实其功能保守性。

结论与意义

本研究揭示了雪莲SiRVE8通过直接调控AtERF109-ROS模块增强植物耐盐性的新机制，突破了传统抗盐基因研究范畴，将昼夜节律与逆境响应网络相联系。该发现不仅为理解极端环境植物适应性进化提供理论依据，更重要的是为作物抗逆育种提供了具有应用潜力的基因资源，对保障盐渍化地区农业生产安全具有重要战略意义。