改善泛素系統(tǒng)提高植物逆境適應性研究.pdf

1、植物生長發(fā)育的許多過程都是由短命調節(jié)蛋白的選擇性降解控制的。其中泛素/26S蛋白酶體降解途徑是植物體生命過程最精細的調節(jié)機制之一。2004年諾貝爾化學獎桂冠由以色列科學家阿龍·切哈諾沃、阿夫拉姆·赫什科和美國科學家歐文·羅斯共同分享，就是因為他們在泛素(ubiquitin)調控蛋白質降解機制的研究中做出了杰出的貢獻。在泛素途徑中，泛素用來標記需要降解的蛋白質，被標記的靶蛋白繼而被26S蛋白酶體識別并降解掉。研究表明“無功能的蛋白質在細胞

2、內積累”是逆境脅迫對生物細胞產生傷害的共同特性，及時處理這些“垃圾”蛋白成為生物適應逆境的重要方式?？焖偕L及逆境條件下泛素基因的表達明顯增加，泛素/26S蛋白酶體途徑降解短命調節(jié)蛋白及異常蛋白質的速度也明顯增加。現已發(fā)現泛素普遍存在于所有真核生物中，但過量表達泛素基因在提高植物逆境適應性方面的工作還鮮見報道。 本論文在克隆了小麥泛素基因的基礎上，研究了小麥泛素基因表達對水分脅迫的反應；構建了泛素基因的正義和反義表達載體，轉化煙

3、草獲得了過量表達泛素基因和反義抑制泛素基因表達的轉基因煙草植株；對轉基因植株的逆境適應能力進行了鑒定分析。研究發(fā)現小麥泛素基因Ta-Ub1和Ta-Ub2的表達均受到水分脅迫的調控；過量表達泛素基因提高了轉基因植株的抗逆性；抑制泛素基因表達的轉基因植株葉片出現程序化死亡表型，抗逆性減弱。主要結果如下： 1、小麥泛素基因Ta-Ub1(注冊號：AY862401)在水分脅迫條件下上調表達，用20％和30％PEG-6000模擬水分脅迫條件

4、，發(fā)現隨著水分脅迫的加劇表達量逐漸增加，30％PEG處理的小麥幼苗中基因表達量高于20％PEG處理。 2、小麥泛素基因Ta-Ub2(注冊號：AY297059)的表達同樣對水分脅迫產生響應，中度水分脅迫(20％PEG-6000處理)誘導Ta-Ub2基因上調表達，但嚴重水分脅迫條件下(30％PEG處理)該基因的表達下降，甚至低于正常供水對照。 3、構建了小麥泛素基因Ta-Ub2正義表達載體，轉化煙草，半定量RT-PCR檢測證

5、明獲得了過量表達小麥泛素基因的轉基因煙草植株，且不同轉基因系表達轉基因mRNA的水平有差異；同時，克隆了煙草泛素基因Ta-Ub1(注冊號：DQ830978)，構建反義表達載體，轉化煙草，經半定量RT-PCR檢測，獲得了不同表達水平的反義轉化煙草植株。 4、購買商業(yè)泛素蛋白抗體，免疫法檢測正義和反義轉基因煙草葉片中泛素蛋白豐度，結果表明無論是過量表達Ta-Ub2泛素基因(編碼一個單體泛素)還是反義抑制泛素基因表達，均未對轉基因植株

6、體內泛素蛋白豐度產生明顯影響，但轉基因植株抗逆性檢測表明，目的基因對轉基因植株生長發(fā)育所產生的生物學響應卻非常明顯。表現在以下幾個方面： (1)正常生長條件下，過量表達小麥Ta-Ub2泛素基因的轉基因植株就比對照呈現更好的長勢。 (2)過量表達小麥Ta-Ub2泛素基因提高了轉基因煙草抗旱、抗鹽及抵抗低溫脅迫的能力，表現在種子萌發(fā)加快、幼苗生長勢加強、水分保持及光合能力加強等，對多種逆境的適應能力均提高；同時，過量表達小麥

7、Ta-Ub2泛素基因還提高了轉基因煙草抵抗綜合逆境脅迫(如低溫與干旱并存、低溫與鹽脅迫并存)的能力。 (3)反義抑制煙草泛素基因表達使轉基因植株葉片出現早衰、黃化、色素含量降低，出現壞死斑點等癥狀；同時，反義轉基因植株抗旱及抗鹽脅迫的能力降低，表現在逆境條件下幼苗萌發(fā)與生長勢弱，葉片光合能力與水分保持能力減弱等。 5、對正、反義轉泛素基因煙草植株體內超氧陰離子自由基積累狀況進行檢測，發(fā)現反義抑制泛素基因表達使轉基因植株體

8、內積累的超氧陰離子比對照植株多，而過量表達泛素基因的轉基因植株體內積累的超氧陰離子積累較少。推測活性氧自由基積累量不同可能是不同轉基因植株抗逆性差異的原因之一，泛素途徑與活性氧清除有關。 植物在田間環(huán)境中所遭遇的往往不只是單一的逆境脅迫，而是幾種逆境同時出現(即綜合逆境)共同作用于植物，這種情況往往對植物造成致死性傷害。植物對多種脅迫同時存在的反應方式與對單一逆境脅迫之間既存在差異，又具有相同之處。提高植物對多種逆境的適應能力，