小麥泛素基因Ta-Ub2改善短柄草非生物脅迫耐性研究.pdf

1、泛素是一種高度保守的小分子球狀蛋白，廣泛存在于真核生物中。泛素26S蛋白酶體途徑與植物的非生物脅迫響應(yīng)密切相關(guān)，而泛素作為泛素26S蛋白酶體系統(tǒng)中的一員起著極其重要的作用。
　　本實(shí)驗室前期研究表明，小麥泛素基因Ta-Ub2在雙子葉植物煙草的逆境脅迫過程中起重要作用，且該基因的表達(dá)加快了煙草的發(fā)育進(jìn)程。本研究在克隆了小麥泛素基因Ta-Ub2的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了Ta-Ub2基因的組成型和脅迫誘導(dǎo)型表達(dá)載體，轉(zhuǎn)化單子葉模式植物短柄草，獲得

2、了過量表達(dá)和脅迫誘導(dǎo)表達(dá)泛素的轉(zhuǎn)基因短柄草株系多個。利用轉(zhuǎn)基因株系，研究了Ta-Ub2在單子葉植物短柄草生長發(fā)育及逆境耐性中的作用，分析了Ta-Ub2提高轉(zhuǎn)基因短柄草非生物脅迫耐性的生理生化及分子機(jī)制。其主要結(jié)果和結(jié)論如下：
　　（1）QRT-PCR分析結(jié)果表明，Ta-Ub2在小麥的根、莖、葉中均有表達(dá)，并且葉中的表達(dá)量最高，而根莖中的表達(dá)量最少。Ta-Ub2的表達(dá)受PEG、NaCl和4?C冷脅迫的誘導(dǎo)上調(diào)。
　　（2）通過

3、基因組PCR及qRT-PCR檢測鑒定，獲得了不同表達(dá)水平的組成型和脅迫誘導(dǎo)型過表達(dá)小麥泛素基因Ta-Ub2的轉(zhuǎn)基因短柄草植株。泛素蛋白豐度檢測結(jié)果表明，正常條件下，轉(zhuǎn)基因和野生型株系中泛素蛋白豐度沒有明顯差異，但干旱處理后，轉(zhuǎn)基因植株體內(nèi)多聚泛素蛋白豐度高于野生型，而泛素單體蛋白仍無明顯差異。
　?。?）在正常生長條件下，組成型過表達(dá)小麥泛素基因Ta-Ub2的轉(zhuǎn)基因植株與野生型相比生長遲緩，前期株高較低，后期趨于相同，且千粒重下降

4、。而誘導(dǎo)型轉(zhuǎn)基因植株與野生型無明顯差異。
　?。?）組成型過量與誘導(dǎo)表達(dá)Ta-Ub2不僅提高轉(zhuǎn)基因短柄草的干旱脅迫耐性，也提高了其鹽脅迫和低溫脅迫耐性。與野生型相比，干旱脅迫下，轉(zhuǎn)基因短柄草具有較高的存活率、較高的相對含水量、較低的水分散失速率以及較高的生物量。同時，轉(zhuǎn)基因短柄草的可溶性糖和脯氨酸含量較高，滲透勢較低。這說明Ta-Ub2的過表達(dá)可以促進(jìn)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累，降低滲透勢，進(jìn)而在一定程度上緩解由干旱脅迫造成的水分流失，促

5、進(jìn)植物體內(nèi)的水分保持，提高植物的干旱耐性。
　?。?）干旱脅迫下，轉(zhuǎn)基因短柄草中H2O2含量以及O2-產(chǎn)生速率均低于野生型，并且轉(zhuǎn)基因短柄草中蛋白羰基化水平以及MDA含量也低于野生型。同時，轉(zhuǎn)基因植株抗氧化酶活性水平總體較高。這些結(jié)果表明，Ta-Ub2的過表達(dá)提高了轉(zhuǎn)基因植株的活性氧清除能力，降低了氧化脅迫對細(xì)胞造成的傷害。
　　（6）檢測了轉(zhuǎn)基因植株中某些抗性相關(guān)基因的表達(dá)，包括抗氧化相關(guān)基因和脅迫相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子基因。結(jié)果發(fā)

6、現(xiàn)大部分被檢測基因的表達(dá)量在轉(zhuǎn)基因植株中的表達(dá)水平較野生型高。
　　綜上所述，在單子葉模式植物短柄草中過表達(dá)與誘導(dǎo)表達(dá)Ta-Ub2基因改變了轉(zhuǎn)基因植株的生長發(fā)育表型，且與雙子葉模式植物煙草中的表型不一致。過量表達(dá)與誘導(dǎo)表達(dá)該基因均提高了轉(zhuǎn)基因短柄草的脅迫耐性，這與轉(zhuǎn)基因煙草的結(jié)果一致。在生理生化水平上，轉(zhuǎn)基因短柄草抗逆性的提高與細(xì)胞水分狀況的維持以及抗氧化能力的提高有關(guān)。在分子水平上，Ta-Ub2參與了轉(zhuǎn)基因植株中脅迫相關(guān)基因的表