小麥水通道蛋白基因TaAQP7和TaAQP8的克隆與功能分析.pdf

1、低溫和土壤鹽漬化等非生物逆境嚴重影響植物生長發(fā)育及作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，我國多個麥區(qū)小麥的生產(chǎn)均不同程度受到低溫和土壤鹽漬化的影響。因此研究小麥對低溫和鹽脅迫的耐受機制對于小麥遺傳改良具有重要意義。
　　水通道蛋白(Aquaporins，AQPs)是細胞膜上能選擇性地高效轉(zhuǎn)運水分子的膜內(nèi)在蛋白，屬于MIP(Major Intrinsic Protein)超家族。迄今為止，已在幾乎所有生物中發(fā)現(xiàn)了AQPs蛋白的存在。AQPs的發(fā)現(xiàn)及其結(jié)

2、構(gòu)和功能的研究，為人們從分子水平認識和闡明細胞內(nèi)水分運輸?shù)臋C理奠定了重要基礎(chǔ)。植物AQPs不僅可以運輸水分，還可以跨膜轉(zhuǎn)運其它小分子物質(zhì)，以維持細胞滲透壓和正常代謝過程。研究表明，植物AQPs在響應(yīng)干旱、高鹽和低溫等非生物脅迫中起重要作用，但有關(guān)重要糧食作物小麥中AQPs的研究鮮有報道。
　　本研究從中國春小麥中克隆了兩個水通道蛋白編碼基因TaAQP7和TaAQP8，并對這兩個基因在小麥中的表達特性以及抗逆功能進行了分析，主要研究

3、結(jié)果如下：
　?。?）TaAQP7和TaAQP8基因的克隆及生物信息學分析
　　利用 RACE技術(shù)克隆了TaAQP7和TaAQAP8基因的全長cDNA序列，其中TaAQP7的cDNA序列為968 bp，ORF為861 bp，編碼一個由286個氨基酸殘基組成的蛋白質(zhì)；TaAQP8的cDNA序列為為909 bp，ORF為867 bp，編碼一個由288個氨基酸殘基組成的蛋白質(zhì)。TaAQP7和TaAQP8所編碼蛋白均含有AQP家族蛋

4、白的活性區(qū)域及典型的6個保守結(jié)構(gòu)域。進化分析表明，TaAQP7和TaAQP8均屬于MIPs超家族，與大麥AQP基因具有較近的進化關(guān)系；隱馬爾科夫模型預(yù)測表明，TaAQP7可能屬于PIP2亞家族，TaAQP8可能屬于PIP1亞家族。
　?。?）TaAQP7和TaAQP8亞細胞定位及水通道活性分析
　　將TaAQP7和TaAQP8的GFP融合蛋白表達載體分別與質(zhì)膜定位標志蛋白基因pm-rk表達載體共轉(zhuǎn)化洋蔥表皮細胞，亞細胞定位觀

5、察結(jié)果表明，TaAQP7-GFP和TaAQP8-GFP均定位在細胞質(zhì)膜上。非洲爪蟾卵母細胞表達實驗結(jié)果表明，TaAQP7和TaAQP8都具有轉(zhuǎn)運水的功能，其中TaAQP7轉(zhuǎn)運水的能力較強，符合PIP2亞家族的特征，TaAQP8轉(zhuǎn)運水的能力較弱，符合PIP1亞家族的特征。
　　（3）TaAQP7和TaAQP8基因的表達模式分析
　　利用qRT-PCR技術(shù)分析了TaAQP7和TaAQP8在小麥各器官的表達模式，發(fā)現(xiàn)TaAQP8在

6、葉片中表達量較高，而TaAQP7在莖中表達量較高，TaAQP7和TaAQP8均在雄蕊中表達量最低。TaAQP7的表達顯著地受低溫脅迫誘導(dǎo)，而TaAQP8的表達顯著地受高鹽脅迫和乙烯及過氧化氫誘導(dǎo)。乙烯和過氧化氫生物合成抑制劑的實驗結(jié)果表明，乙烯和過氧化氫信號可能參與NaCl誘導(dǎo)TaAQP8基因的上調(diào)表達過程。
　　（4）TaAQP7轉(zhuǎn)基因煙草對低溫脅迫的耐受性分析
　　TaAQP7轉(zhuǎn)基因煙草的表型分析結(jié)果表明，異源表達TaA

7、QP7能顯著增強轉(zhuǎn)基因煙草對低溫脅迫的耐受能力。生理生化分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與野生型株系相比，在低溫脅迫條件下，轉(zhuǎn)TaAQP7基因的煙草株系具有較高的葉綠素含量、較低的離子滲漏和丙二醛含量。這些結(jié)果表明，異源表達TaAQP7能夠減少轉(zhuǎn)基因煙草的膜損傷，從而提高了轉(zhuǎn)基因煙草對低溫脅迫的耐受性。
　?。?）TaAQP8轉(zhuǎn)基因煙草對高鹽脅迫的耐受性分析
　　TaAQP8轉(zhuǎn)基因煙草的表型分析結(jié)果表明，異源表達TaAQP8能夠增強轉(zhuǎn)基因煙草

8、對高鹽脅迫的耐受能力。生理生化分析結(jié)果表明，與野生型相比，在高鹽脅迫下，TaAQP8轉(zhuǎn)基因煙草植株的根和莖保持了較高的K+/Na+和 Ca2+含量，根中具有較高的超氧化物歧化酶活力、過氧化氫酶活力和過氧化物酶活力，較低的離子滲漏、丙二醛含量和過氧化氫含量。這些結(jié)果表明，異源表達 TaAQP8能夠使轉(zhuǎn)基因煙草的根和莖保持較高的K+/Na+和Ca2+含量，并能顯著增強植株抗氧化酶活力，從而使轉(zhuǎn)基因煙草能夠更好的對抗高鹽脅迫所導(dǎo)致的氧化損傷。