桑樹ACC氧化酶基因分離其及在生長發(fā)育和脅迫應(yīng)答中的功能研究.pdf

1、桑樹在我國有悠久的栽培歷史,曾在我國經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮重要作用,目前桑樹的經(jīng)濟(jì)價(jià)值不僅僅局限在蠶絲業(yè),桑樹經(jīng)過不斷地研究已體現(xiàn)出多種經(jīng)濟(jì)用途。我國有豐富的桑樹種質(zhì)資源,這些種質(zhì)分布地域廣,有著極強(qiáng)的適應(yīng)性。多年來人們對(duì)桑樹栽培、育種、遺傳、進(jìn)化、生態(tài)、生理、生化、抗性、器官發(fā)育、雌雄分化、組織培養(yǎng)、轉(zhuǎn)基因以及分子生物學(xué)等多方面進(jìn)行了研究,形成了豐富的研究背景。因此桑樹不但是一種重要的經(jīng)濟(jì)植物,而且還是一個(gè)很好的研究材料。
　　 乙烯是植

2、物的主要激素之一,參與植物生長、發(fā)育、成熟、死亡和脅迫應(yīng)答等多種生命活動(dòng)過程。乙烯在生物體內(nèi)合成的最后一步由ACC氧化酶催化。由于ACC氧化酶的出現(xiàn),使得乙烯生物合成更易調(diào)控,更好地發(fā)揮乙烯的信號(hào)傳導(dǎo)作用。ACC氧化酶基因的表達(dá)是乙烯形成和應(yīng)答的主要標(biāo)志,因此對(duì)ACC氧化酶的研究將有助于我們了解乙烯的生物功能和植物生長發(fā)育的調(diào)控機(jī)制。分子生物學(xué)的研究大多集中在草本的模式植物中,作為木本植物的桑樹研究相當(dāng)有限,在桑樹中進(jìn)行分子生物學(xué)研究將

3、有助于我們加深理解木本植物生命活動(dòng)規(guī)律,為草本植物與木本植物的分子作用機(jī)制進(jìn)行比較提供新的證據(jù),并有利于更好地發(fā)揮桑樹的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。因此我們?cè)谏渲锌寺×薃CC氧化酶基因,并利用RT-PCR技術(shù)研究了該基因在桑樹發(fā)育和脅迫應(yīng)答中的表達(dá),結(jié)果如下:
　　 1.利用保守引物方法和RACE技術(shù)得到一個(gè)桑樹ACC氧化酶基因序列,該序列與其它植物ACC氧化酶有很高的同源性,在Genbank中blastn發(fā)現(xiàn)與薔薇科李屬植物桃、李、杏、梅同源

4、性最高,編碼區(qū)堿基相同率達(dá)到85％-86％。其推導(dǎo)的氨基酸序列與其它ACC氧化酶一樣,有潛在的Fe2+結(jié)合位點(diǎn)。我們把該基因命名為MaACO1(Morus alba1-aminocyclopropane-1-carboxylate oxidasegene),基因登錄號(hào)為DQ785807。
　　 2.在綠色組織葉片發(fā)育和形態(tài)形成中,MaACO1在六葉期的實(shí)生苗子葉和初葉中表達(dá)量明顯高于它葉片,發(fā)育成熟且完全伸展的葉片表達(dá)量基本一致

5、,莖尖和正在發(fā)育伸展的葉片表達(dá)量略低；組織培養(yǎng)移栽苗各葉片表達(dá)量無明顯變化。取樣時(shí)子葉和初葉為綠色,無黃化衰老癥狀出現(xiàn),推測(cè).MaACO1與細(xì)胞的程序性死亡有關(guān),并且基因表達(dá)先于可見的死亡癥狀。
　　 3.在生殖器官花中,MaACO1在雌花柱頭中特異性表達(dá),子房中表達(dá)量較低,授粉后表達(dá)量高于授粉前。與花序旁葉片組織相比,柱頭中MaACO1在授粉前后均比葉中表達(dá)量高,而子房中MaACO1在授粉后表達(dá)量雖然增加,但仍低于葉片組織。這

6、個(gè)結(jié)果與煙草等其它植物中研究結(jié)果一致,提示MaACO1可能參與激發(fā)花柱衰亡、子房發(fā)育和胚珠成熟等授粉后效應(yīng)。MaACO1在雄花開花前后表達(dá)量無明顯變化,提示MaACO1可能與性別性狀表達(dá)有關(guān)。
　　 4.桑樹受到機(jī)械損傷后,MaACO1在1小時(shí)內(nèi)表達(dá)量增加,在4小時(shí)達(dá)到最大,隨后表達(dá)量下降,12小時(shí)以后能恢復(fù)到正常水平。MaACO1受損傷誘導(dǎo)表達(dá)的時(shí)序性略早于其它植物中蛋白酶抑制劑基因的損傷誘導(dǎo)表達(dá),說明MaACO1表達(dá)事件早于

7、植物激素調(diào)控的下游事件,推測(cè)植物受到傷害后,誘發(fā)受侵害部位細(xì)胞死亡,ACC氧化酶基因表達(dá)量增加,乙烯合成增多,啟動(dòng)乙烯信號(hào)傳導(dǎo)途徑參與激發(fā)植物防御應(yīng)答。
　　 5.桑樹在低溫環(huán)境下,持家基因肌動(dòng)蛋白基因(MaACT1)表達(dá)量很低,但MaACO1表達(dá)量保持較高水平；與桑樹低溫馴化蛋白基因WAP27表達(dá)相比,WAP27在桑樹幼苗受一定時(shí)間低溫誘導(dǎo)時(shí)表達(dá),但在低溫環(huán)境時(shí)間過長時(shí),葉片組織中受到凍害,WAP27轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物將要消失時(shí),MaA