梭梭干旱誘導(dǎo)表達(dá)基因及其調(diào)控研究.pdf

1、梭梭(Haloxylonammodendron(C.A.Mey)Bunge)是西北沙漠地區(qū)極為抗旱、耐鹽的超旱生植物，在生態(tài)建設(shè)方面具有重要作用。通過研究其抗逆機(jī)理、挖掘其特有優(yōu)良性狀及相關(guān)基因，采用常規(guī)育種與基因工程相結(jié)合方法，將優(yōu)良抗性基因直接用于農(nóng)作物和林木的遺傳改良，能夠在較短時間內(nèi)培育出抗逆性更強(qiáng)的植物，可以在一定程度上緩解或解決日益惡化的生態(tài)環(huán)境。本研究通過模擬自然干旱，首次運用cDNA-AFLP圖譜技術(shù)研究梭梭干旱誘導(dǎo)相關(guān)

2、基因的表達(dá)，所獲基因與擬南芥等模式植物基因比較后，對部分調(diào)控類和衰老相關(guān)基因在PEG、脫水和外源ABA作用下的表達(dá)情況進(jìn)行了比較詳細(xì)的研究。主要結(jié)果如下： (1)運用cDNA-AFLP指紋圖譜技術(shù)對干旱脅迫25天和正常澆水梭梭幼苗進(jìn)行差異顯示分析，共獲得86個差異表達(dá)基因，有55個基因能夠找到高度同源的序列。其中，48個基因與已知或假定功能基因具有較高同源性，包括信號傳導(dǎo)、轉(zhuǎn)錄調(diào)控、轉(zhuǎn)錄因子、防衛(wèi)相關(guān)、衰老相關(guān)、轉(zhuǎn)運體蛋白、細(xì)胞

3、壁合成、生長發(fā)育、光合作用等方面，占所得基因總數(shù)的56％，這些基因可能在植物抗逆脅迫中發(fā)揮重要作用。這也說明梭梭遭遇干旱脅迫時，具有與其它植物類似的抗逆境脅迫代謝途徑。 (2)在所獲的48個已知或假定功能基因中，調(diào)控類基因有16個，占已知功能基因的33％。這說明梭梭在干旱脅迫發(fā)生時，會及時啟動相應(yīng)的調(diào)控機(jī)制，從而快速適應(yīng)干旱脅迫等逆境條件，這可能是其適應(yīng)沙漠環(huán)境的重要機(jī)制之一。 (3)干旱脅迫25d時梭梭幼苗與對照相比高

4、生長降低31.6％，基部向上木質(zhì)化高度則增加34.7％，ABA含量增加141.9％，F(xiàn)v/Fm卻沒有明顯變化。并且，與胡楊相比較，離體葉片能夠在較長時間內(nèi)保持較高持水能力，這表明梭梭抵抗干旱脅迫的能力很強(qiáng)。這些生理水平上的變化可能與此時梭梭衰老相關(guān)基因PHB和CYP、細(xì)胞壁合成相關(guān)基因以及轉(zhuǎn)運體蛋白基因表達(dá)增強(qiáng)有關(guān)。 (4)與擬南芥、水稻、楊樹基因組數(shù)據(jù)庫序列進(jìn)行比較表明，本文所得到的梭梭相關(guān)基因與雙子葉植物擬南芥和楊樹同源基因

5、數(shù)目較多，而與單子葉植物水稻同源基因數(shù)目相對較少。通過Genevestigator對其中51個已知基因與已有擬南芥基因芯片雜交信息對比，結(jié)果顯示在處于同類脅迫時，所選基因中，梭梭中高水平表達(dá)的基因在擬南芥中僅有部分高表達(dá)，這可能是梭梭能夠在干旱沙漠環(huán)境中生存的機(jī)制之一。 (5)對CIPK23、bZIP、ABC、AAT、PHB、SAG、CYP、RbcS和CAB基因在PEG滲透脅迫和脫水脅迫條件下表達(dá)譜的研究表明，梭梭幼苗遭遇PEG

6、和脫水脅迫時，上游調(diào)控類基因CIPK23和bZIP迅速表達(dá)，有利于加快下游抗旱相關(guān)基因的表達(dá)，提高梭梭抗旱能力。PDR-ABC表達(dá)增強(qiáng)可以提高運輸或清除脅迫過程中積累的有害物質(zhì)的能力；AAT表達(dá)增強(qiáng)可以增加跨膜運輸相關(guān)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)到細(xì)胞內(nèi)，提高梭梭細(xì)胞的滲透勢來增強(qiáng)其保水能力。PHB基因表達(dá)增強(qiáng)，可以延緩衰老，增強(qiáng)生命力；CYP表達(dá)增強(qiáng)，降解脅迫過程中傷害的細(xì)胞，引起細(xì)胞程序化死亡。同時，逆境脅迫抑制了衰老相關(guān)蛋白基因HaDR27/SA

7、G表達(dá)，也降低了光合相關(guān)基因CAB和RbcS的表達(dá)。 (6)外源ABA對CIPK23、bZIP、ABC、AAT、PHB、SAG、CYP、RbcS和CAB基因表達(dá)的影響表明，除HaDR27/SAG的表達(dá)受到抑制，HaDR34/AAT的表達(dá)未受到明顯影響外，其余基因明顯受到外源ABA的正調(diào)控。這表明梭梭可能存在著ABA和水分脅迫應(yīng)答相關(guān)的抗逆性基因表達(dá)途徑，ABA可能在梭梭抗逆境脅迫分子響應(yīng)中具有重要作用。 總之，梭梭存在與

8、其它植物類似的應(yīng)答ABA和脅迫相關(guān)基因的表達(dá)途徑，它們可能在梭梭抗逆境脅迫中具有非常重要的作用。另外，還發(fā)現(xiàn)了一部分在植物抗逆功能中還未見報道的新基因。并且，37％基因不能在已有數(shù)據(jù)庫中找到高度同源的序列，這也說明梭梭作為沙漠地區(qū)特有的灌木，可能存在特有的抗逆途徑。通過與擬南芥等模式植物基因組比較分析，可以通過過量表達(dá)或RNAi等手段，在模式植物中研究梭梭中這些未知蛋白的功能。因此，本研究為梭梭抗逆分子生物學(xué)研究的開展、優(yōu)良基因的發(fā)現(xiàn)及