玉米熱激轉(zhuǎn)錄因子ZmHsfA4a的抗旱功能研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、玉米是我國三大禾本科糧食作物之一,既可作為糧食,也可作為重要的工業(yè)原料,在保證糧食生產(chǎn)及糧食安全方面發(fā)揮重要作用。但是玉米在生長過程中,經(jīng)常遭受一些不良環(huán)境因子的影響,從而導(dǎo)致其產(chǎn)量和品質(zhì)的下降,其中最主要的是非生物逆境因子,如高溫、干旱及高鹽等。目前,通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)進(jìn)行作物遺傳改良、培育抗逆新品種以提高作物抗逆性,是保證糧食產(chǎn)量和品質(zhì)的最為行之有效的方法之一。研究表明,轉(zhuǎn)錄因子在植物的抗逆應(yīng)答過程中發(fā)揮重要調(diào)控作用,它們可以同時激活或

2、抑制多個下游基因的表達(dá),效果更加顯著,目前在植物中很多轉(zhuǎn)錄因子基因被鑒定參與逆境應(yīng)答反應(yīng)。HSF是植物中重要的轉(zhuǎn)錄因子家族之一,廣泛參與到植物的生長發(fā)育及非生物逆境響應(yīng)過程,在模式植物擬南芥及番茄中,HSF基因的作用機(jī)制已被研究清楚。然而,玉米作為重要糧食作物,其HSF基因的功能研究還未見報道,分子作用機(jī)制也不清楚。根據(jù)實驗室相關(guān)研究基礎(chǔ),獲得了一個潛在與逆境相關(guān)的HSF基因ZmHsfA4a,通過基因表達(dá)、基因特征以及過表達(dá)分析對其抗旱

3、功能進(jìn)行鑒定,并通過互作蛋白鑒定進(jìn)一步闡明其作用機(jī)制。獲得的主要結(jié)果如下:
  1.從玉米B73中克隆得到ZmHsfA4a全長CDS序列,測序結(jié)果與B73基因組數(shù)據(jù)庫公布序列完全一致,該基因全長1302bp,編碼433個氨基酸?;蛐酒瑪?shù)據(jù)顯不ZmHsfA4a在玉米的各個組織中均有表達(dá),其中在葉中表達(dá)水平較高,熒光定量PCR結(jié)果顯示ZmHsfA4a在檢測的六個組織,根、莖、葉、雄穗、花絲、及包被葉中均表達(dá)、且在葉中表達(dá)水平較高,這

4、與芯片數(shù)據(jù)基本一致。誘導(dǎo)表達(dá)分析結(jié)果顯示,ZmHsfA4a受到干旱和高溫誘導(dǎo)表達(dá),而在ABA和NaCl處理下呈下調(diào)表達(dá)。
  2.亞細(xì)胞定位結(jié)果顯示ZmHsfA4a-p1305融合蛋白只在細(xì)胞核中表達(dá),表明ZmHsfA4a是一個核定位蛋白;轉(zhuǎn)錄活性分析結(jié)果表明,ZmHsfA4a在酵母AH109菌株中具有轉(zhuǎn)錄活性,并且主要活性區(qū)域位于230-280氨基酸之間。
  3.構(gòu)建過表達(dá)載體ZmHsfA4a-p1301a,通過農(nóng)桿菌介

5、導(dǎo)轉(zhuǎn)化擬南芥。轉(zhuǎn)基因擬南芥在含有300mM甘露醇的MS培養(yǎng)基上萌發(fā)率顯著高于野生型,且在干旱條件下,轉(zhuǎn)基因植株的耐受性增強(qiáng)。表達(dá)分析顯示,轉(zhuǎn)基因擬南芥中逆境相關(guān)基因在干旱處理之后的表達(dá)水平升高,并且高于野生型植株。
  4.ZmHsfA4a過表達(dá)到水稻zhonghua11中,轉(zhuǎn)基因水稻對干旱抗性增強(qiáng)。干旱處理后,轉(zhuǎn)基因水稻植株的相對電導(dǎo)率及丙二醛含量顯著低于野生型植株,并且干旱處理后一些逆境相關(guān)基因的表達(dá)水平在轉(zhuǎn)基因植株中要高于野

6、生型植株,這些結(jié)果進(jìn)一步表明ZmHsfA4a增強(qiáng)了轉(zhuǎn)基因水稻抗旱性。此外轉(zhuǎn)基因水稻對外源ABA的敏感性增加,說明ZmHsfA4a參與水稻ABA介導(dǎo)信號通路。
  5.過表達(dá)ZmHsfA4a增加了轉(zhuǎn)基因玉米對干旱耐受性。相對失水率實驗表明轉(zhuǎn)基因植株相對于野生型植株的相對失水率較低,干旱處理后,轉(zhuǎn)基因玉米的相對電導(dǎo)率及丙二醛含量顯著低于野生型植株,但游離脯氨酸含量顯著高于野生型植株,這表明轉(zhuǎn)基因玉米抗旱性增強(qiáng)。對ABA含量測定發(fā)現(xiàn),正

7、常情況下轉(zhuǎn)基因玉米與野生型植株沒有差異,干旱處理后轉(zhuǎn)基因玉米ABA含量顯著高于野生型植株,并且ABA合成相關(guān)基因ZmVP14的表達(dá)與ABA含量趨勢相一致,說明ZmHsfA4a參與了玉米ABA信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。BIFC和pulldown實驗結(jié)果表明,ZmHsfA4a可以自身相互作用形成同源多聚體,并且ZmHsfA4a可以與EMP2相互作用。
  以上實驗結(jié)果表明,ZmHsfA4通過ABA介導(dǎo)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑參與干旱脅迫應(yīng)答調(diào)控,同時EMP2

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