通过过表达一种假定来自萱草（Hemerocallis spp.）的甜菜碱醛脱氢酶基因，增强了拟南芥（Arabidopsis thaliana）对双重胁迫（积水和高盐）的抵抗力

《Journal of Plant Research》：Dual stress (waterlogging and salinity) resilience in Arabidopsis thaliana conferred by overexpression of a putative daylily (Hemerocallis spp.) betaine aldehyde dehydrogenase gene

Glycine betaine (GB) is a crucial osmoprotectant that mitigates abiotic stress via osmotic adjustment and ROS scavenging. The study cloned HfBADH1 from waterlogging-treated daylily 'Autumn Red', revealing its upregulated expression (6.8-fold under waterlogging, 8.9-fold under salinity) and ABA-independent regulation, contrasting typical stress-responsive genes. Transgenic Arabidopsis overexpressing HfBADH1 showed enhanced BADH (2.4-fold) and ALDH (2-fold) activities, improving dual stress tolerance (salinity/waterlogging) through cell structure stabilization and ROS scavenging, with ALDH介导的醛类氧化支持淹水缺氧适应。This research首次阐明BADH过表达通过GB合成与醛类解毒双重机制实现盐碱-淹水双重胁迫适应，其ABA非依赖调控模式为作物耐盐涝遗传改造提供新策略。

　　

摘要

甘氨酸甜菜碱（GB）是植物中的关键渗透保护剂，通过调节渗透压和清除活性氧（ROS）来缓解非生物胁迫。尽管甜菜碱醛脱氢酶（BADH）能催化GB的生物合成并提高水稻和玉米等作物的耐盐性，但其在涝害适应中的作用仍不明确。从一个受涝处理的萱草（Hemerocallis spp.）‘Autumn Red’中克隆出一个假定的BADH基因HfBADH1。在涝害条件下，HfBADH1的表达量增加了6.8倍；在盐胁迫条件下增加了8.9倍。值得注意的是，与典型的胁迫响应基因不同，HfBADH1的表达受到脱落酸（ABA）的抑制。此外，不同萱草品种中BADH和醛脱氢酶（ALDH）的活性与耐涝性之间存在相关性。在Arabidopsis thaliana中，使用CaMV35S启动子过表达HfBADH1后，BADH的活性比野生型植物高2.4倍，ALDH的活性高2倍。这些转基因植株对盐胁迫和涝害的耐受性均得到增强。通过抗氧化酶和厌氧呼吸酶的活性以及包括丙二醛（MDA）水平和叶绿素含量在内的生理指标来评估胁迫响应。转基因A. thaliana的耐胁迫性表明，BADH的过表达有助于稳定细胞结构并清除ROS。ALDH活性的增加表明，HfBADH1的过表达可能促进醛类的氧化，从而帮助植物适应由涝害引起的缺氧条件。本研究首次将BADH的过表达与双重胁迫耐受性联系起来，突显了其在GB生物合成和醛类解毒中的双重酶促作用。ABA独立的调控模式为非典型胁迫适应提供了新的见解，并为培育耐盐和耐涝环境的作物提供了新的策略。