本研究评估了转录因子 Arabidopsis DREB1A 介导的转基因甘蔗抗旱性。在胁迫条件下，观察到光合作用增强、水分利用效率提高以及生物量积累增加。其中，DR-21 株系表现出最高的 DREB1A 表达水平，显著提升了抗旱能力。该研究结果揭示了相关分子机制，为在水资源有限地区培育抗逆性强的甘蔗品种提供了潜在策略。
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本研究评估了转录因子 Arabidopsis DREB1A 介导的转基因甘蔗抗旱性。在胁迫条件下，观察到光合作用增强、水分利用效率提高以及生物量积累增加。其中，DR-21 株系表现出最高的 DREB1A 表达水平，显著提升了抗旱能力。该研究结果揭示了相关分子机制，为在水资源有限地区培育抗逆性强的甘蔗品种提供了潜在策略。
干旱胁迫严重限制了甘蔗的生产力，因此需要培育抗逆性强的品种以实现农业的可持续发展。本研究旨在通过导入由胁迫诱导型 rd29A 启动子调控的 Arabidopsis DREB1A 基因，提高甘蔗的抗旱性。通过粒子轰击介导的转化方法获得了转基因甘蔗株系，并在受控条件和干旱胁迫条件下，通过分子、生理及农艺性状评估对其进行了系统分析。
分子分析证实了外源基因的稳定整合，转基因株系中DREB1A的表达量相较于野生型植株最高增加了10倍。生理学评估显示，在60%田间持水量（FC）的干旱胁迫条件下，转基因株系的光合速率（PN）比非转基因对照高224–270%，气孔导度（gs）提高84–167%，相对含水量（RWC）提升25–31%。此外，转基因甘蔗叶片表现出更优的渗透调节能力和水分利用效率。农艺性状评价进一步表明，植株生长和生产力显著改善。在干旱胁迫（60% FC）下，转基因株系的茎秆高度增加76–109%，茎秆直径增大71–86%；地上部生物量增加39–87%，根系生物量提高65–103%。
此外，在60%田间持水量（FC）条件下，转基因植株的糖度（Brix值）——反映蔗糖积累的指标——提高了36–55%。这些结果明确了DREB1A基因表达、生理抗逆性增强与干旱条件下农艺性状改善之间的显著相关性。DREB1A表达型转基因甘蔗在干旱胁迫下维持较高光合作用活性、更优的水分利用效率以及更多的生物量积累，凸显了其作为培育抗旱甘蔗品种遗传策略的潜力。本研究为解析干旱耐受性的分子机制提供了新的见解，并为保障水资源匮乏地区甘蔗的可持续种植提供了有前景的途径。
甘蔗（Saccharum officinarum L.）是巴基斯坦第二大经济作物，主要因其富含蔗糖而被广泛种植。然而，由于周期性缺水，其产量往往难以达到最佳水平1,2。甘蔗属于禾本科（Poaceae）植物，归类于黍亚科（Panicoideae）中的PACCAD分支3。该分支的植物通常被称为暖季型禾草，具有C4光合作用系统4。甘蔗的主要CO2固定途径为C4光合作用，其光呼吸作用极低5。与C3禾草相比，C4禾草（如甘蔗）能够固定更多的CO2，产生更高的蔗糖含量，并表现出更优的氮素利用效率（NUE）和水分利用效率（WUE）6,7,8。然而，甘蔗对土壤水分的需求较高9,10,<....
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生成 rd29A: DREB1A 表达载体（图1)
全长 DREB1A 开放阅读框（ORF，651 bp）从 拟南芥 L. 使用包含基因特异性引物的cDNA BamH我与 EcoRI型限制性位点：正向5/-GGCGGATCCATGAACTCATTTTCTGCT-3/ 和反向 5/-GGCGAATTCTTAATAACTCCATAACGA-3/同样地， rd29A 启动子（499 bp）从 拟南芥 使用含引物的基因组 DNA Kpn我与 BamHI位点：正向5/-GCGGGTACCCCTATTAGAACGATTAAGGAG-3/ 和反向 5/-GGCGGATCCGGTGGTTCCTCTGTTTGATCC-3/PCR 反应体系为 25 µL，包含 2.5 µL 10x PCR 缓冲液、1.5 mM MgCl₂2，每种dNTP 0.2 mM，每种引物0.4 µM，Taq DNA聚....
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甘蔗转基因株系的分子表征
构建了 rd29A:DREB1A 表达盒，并将其克隆至可在植物中表达的双元载体 pGA482 中（图1），随后利用基因枪介导的转化技术将该载体导入甘蔗基因组，成功获得了转基因甘蔗幼苗（如图2所述）。通过扩增分别特异于nptII标记基因和DREB1A基因的750 bp和651 bp片段，确认了外源基因在甘蔗株系中的存在。在野生型甘蔗植株中未检测到这些片段（图3A、B）。经PCR确认的转基因甘蔗植株（T0代）与野生型植株一同在温室中培养至成熟。选取5个转基因株系（Dr-2、Dr-4、Dr-7、Dr-20和Dr-21）进行水分胁迫处理，并比较转基因植株与野生型植株在水分胁迫条件下DREB1A基因的相对表达模式。所有转基因株系的DREB1A相对表达水平均显著.......
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由于全球干旱易发地区的持续扩大，培育植物的水分胁迫耐受性至关重要。作为一种潜在可行的生物技术途径，我们研究了DREB1A在转基因甘蔗品系中对水分胁迫耐受性的作用。已有研究报道，DREB1A转录因子能够诱导多个赋予非生物胁迫耐受性的基因表达28,38,39,40,41。在此基础上，我们进一步探究了拟南芥DREB1A基因在转基因甘蔗品系中赋予干旱耐受性的作用。
在不同水分胁迫水平下生长时，表达DREB1A的甘蔗植株比野生型植株具有更高的生长速率。所有遭受水分胁迫的转基因植株表型正常，与野生型植株相似。与我们的研究结果类似，许多报道表明，在rd29A启动子驱动下，DRE.......
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作者声明无任何利益冲突。
阿卜杜勒拉赫曼·宾特·努拉公主大学研究人员支持项目编号（PNURSP2025R39），阿卜杜勒拉赫曼·宾特·努拉公主大学，利雅得 沙特 阿拉伯半岛
数据可用性：
所有数据均在本文中提供。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 克隆载体 pTZ57R/T | Fermentas, 立陶宛维尔纽斯 | ||
| 红外气体交换分析仪 | Bio-Rad, 美国加利福尼亚州 | ||
| 渗透压仪 | Bio-Rad, 美国加利福尼亚州 | ||
| PCR 仪 | Bio-Rad, 美国加利福尼亚州 | ||
| PDS-1000/He 基因枪 | ThermoFisher Scientific Inc, 美国 | ||
| 实时荧光定量 PCR 仪 | ThermoFisher Scientific Inc, 美国 | ||
| RevertAid cDNA 合成试剂盒 | CI-340, CID Bio-Science, Inc., 美国 | ||
| Scholander 型压力室 | Skye Instruments, 英国伯明翰兰德林多威尔斯 | ||
| TRIzol 试剂 | Wescor-5500, 美国犹他州洛根 |
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