AtST39和AtST39H在盐胁迫干旱胁迫中的功能研究

【摘要】高盐、干旱和冻害等非生物胁迫给农业生产带来了严重的影响,造成农作物大幅度减产。因此,研究植物的抗逆机制、分离筛选抗逆相关基因越来越受到重视。拟南芥是植物界的模式生物,作为研究材料具有其独特的优势。研究拟南芥的抗逆途径对研究农作物的抗逆途径有重要指导意义。本课题组前期研究推测拟南芥DUF966基因家族的两个基因AtST39(At3g46110)和AtST39H(At5g59790)参与了植物的抗逆途径,可能是两个抗逆基因。本研究对AtST39和AtST39H的功能进行了深入的探究。融合GFP转基因植株显示AtST39蛋白可能定位在细胞质和细胞膜上。启动子融合GUS的转基因植株在幼苗的根、茎、叶和成熟期叶脉、花药、柱头及茎的切口处中检测到GUS活性。qRT-PCR分析发现AtST39基因受到NaCl、低温和干旱等胁迫诱导上调,特别是在NaCl胁迫下表达量上调明显。主要研究了盐胁迫对转基因植株幼苗期主根生长发育的影响。结果显示,干扰转基因植株对盐胁迫更敏感：盐处理下,干扰转基因植株的主根长度明显比野生型短很多；对根尖显微镜观察发现野生型植株经胁迫后根尖膨大,而干扰转基因植株经胁迫后根尖极度变窄(未经胁迫时干扰转基因植株的根尖就已经膨大)；未经胁迫时干扰转基因植株体内的CAT活性比野生型植株高将近5倍。并且实验发现成熟期时过量转基因植株的耐盐、耐干旱能力比野生型强,突变体及干扰转基因植株比野生型要弱。结果说明AtST39基因参与了拟南芥的抗盐、抗干旱途径,并且起到了正调控作用。qRT-PCR分析相关防御基因的表达,发现：干扰转基因植株的逆境应答基因RD29A、RD29B、RD22、RAB、ERD1、COR15都上调明显,生长素转录激活因子ARF5、生长素合成酶相关基因YUC1、YUC4明显上调,说明干扰转基因植株中生长素信号途径被激活。与生长素响应启动子DR5::GUS植株杂交检测内源生长素分布,发现过量转基因植株和野生型植株经NaCl处理后,内源生长素含量升高,并且随时间的延长而升高；突变体、干扰转基因植株经NaCl处理后,内源生长素含量升高,但是随时间的延长含量降低。上述结果表明AtST39基因可能参与或影响了生长素信号途径。融合GFP转基因植株显示AtST39H蛋白可能定位在细胞核和细胞膜上。启动子融合GUS的转基因植株在幼苗的叶和成熟期花柱和萼片检测到GUS活性。AtST39H基因的表达同样受到NaCl的诱导表达。但是实验发现AtST39H突变体5-5的耐盐、耐干旱能力与野生型植株没有区别。qRT-PCR分析转基因植株逆境应答基因的表达发现：突变体5-5的逆境应答基因基本都下调表达,但RD22、ERD1、PAD3上调明显。5-5中的的生长素合成酶相关基因中YUC1、YUC4明显下调。构建了His-AtST39H和GST-AtST39H原核表达载体,蛋白纯化后得到了较高浓度的AtST39H蛋白,以便进一步获得相应抗体,从蛋白水平对转基因植株进行鉴定。杂交获得AtST39和AtST39H的双突变体在正常生长条件下表型与野生型没有差别。qRT-PCR分析双突变体的逆境应答基因基本都上调表达,特别是RD29A、RAB上调明显。生长素转录激活因子ARF5和生长素合成酶相关基因YUC1上调表达,说明双突变体植株中的生长素信号途径可能被激活。
【作者】王晓娟；
【导师】陈亮；
【作者基本信息】厦门大学，发育生物学，2014，硕士
【关键词】拟南芥；盐胁迫；干旱胁迫；根长；生长素信号途径；

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