摘要
盐胁迫是限制棉花（Gossypium spp.）生产的主要非生物胁迫之一。确定棉花中参与Na+吸收和分配相关的转运蛋白将有助于解析棉花盐胁迫应答机制。胆汁酸:钠共转运蛋白(BASS)家族蛋白是一类编码钠依赖底物溶质共转运的跨膜蛋白。尽管已对哺乳动物中BASS转运体的钠转运特性进行了充分的研究，但BASS蛋白在植物中的钠转运能力及其在植物耐盐性中的功能仍然未知。 在本研究中，首先鉴定了来自4个棉种以及30个其他物种的BASS家族成员。然后，根据它们的序列相似性和系统发育关系将它们分为BASS1至BASS5五个亚家族。进化研究表明，所有的BASS家族基因均源自祖先的BASS4基因。除了3个C4单子叶植物中未发现BASS3基因外，本研究选择的所有被子植物都包含了所有5个BASS亚家族成员。在四个棉种，雷蒙德氏棉，木棉，陆地棉和海岛棉中，分别鉴定到11，8，16和18个BASS基因。虽然全基因组复制(WGD)和染色体片段重复促使棉花的BASS基因家族得以扩展，但从二倍体向异源四倍体的进化过程中，丢失了多个BASS基因。在本研究的四个棉种基因组中，BASS直系同源基因保留了非常保守的染色体定位、基因结构和功能结构域，特别是保守的十个跨膜片段和两个保守的Na+结合位点。研究陆地棉BASS家族基因的转录表达谱表明，它们不仅具有组织表达特异性，而且还受到各种胁迫和植物激素的差异诱导。此外，研究陆地棉BASS基因在植物耐盐胁迫应答过程中的功能发现，GhBASS1和GhBASS3正调控植物耐盐性，而GhBASS2、GhBASS4和GhBASS5负调控植物耐盐性。综上所述，BASS基因在原核与真核生物分化之前就已经进化出了5个亚家族，因此推测它们在所有生物中的功能都非常保守。而陆地棉GhBASS作为一类定位于质体膜的钠依赖转运蛋白，影响了棉花的耐盐性。 接下来，深入研究了GhBASS5基因的Na转运相关功能。结果表明GhBASS5在棉根中高度表达，主要存在于维管束中。在拟南芥原生质体细胞中异源表达GhBASS5促进了细胞对Na+的吸收，从而增加了细胞质在的Na+的浓度。在过表达GhBASS5转基因拟南芥中，根组织的Na+外排速率显著下降，而从根到地上部的Na+转运速率增加，显著提高了地上部的Na+积累，K+/Na+比率降低，特别是在盐胁迫条件下。此外，与盐胁迫下的野生型植物相比，过表达的GhBASS5在转基因拟南芥中质体的功能收到破坏，植物对盐胁迫更加敏感。此外，调节K+/Na+稳态的盐响应转运蛋白基因在过表达GhBASS5植株中显著上调表达。综上所述，这些结果表明GhBASS5是一个质体定位的Na+转运蛋白，GhBASS5的高水平表达会增加植物的Na+吸收和转运，影响植物的耐盐性。 继续研究了GhBASS5在植物抗干旱胁迫的响应机制中的作用。已知AtBASS5是GLS生物合成通路的关键基因，芥子油苷(GSLs)被报道参与植物的气孔调控及干旱应答，并有证据显示Na+会促进拟南芥中GLS的合成。然而，没人能够清楚地解释GLS与Na+以及植物耐旱性之间的关系。在本研究在，证明了BASS5通过Na+依赖的方式将酮酸导入质体，参与脂肪GLS的合成。脂肪族GLS会诱导气孔关闭，以减轻胁迫植物的干旱敏感性，以及提供适度的Na+处理和过表达GhBASS5都能提高GLS的水平，进而提高植物的耐旱性。BASS5参与了植物从根到地上部的长距离Na+转运，将干旱富集的Na+转换为了植物内源GLS信号。本研究通过研究BASS5参与了Na+的运输，阐明了GLS合成在植物抗旱性的作用。
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