谷子耐鹽相關(guān)基因SiNF-YA5和SiATG4的功能分析及調(diào)控途徑解析.pdf

1、鹽脅迫是影響作物生長及產(chǎn)量的主要非生物脅迫之一。谷子起源于中國，是抗逆性強的單子葉作物，因此，谷子已成為研究單子葉作物抗逆機制的理想材料。然而目前谷子抗逆功能基因組學(xué)研究剛剛起步，同時我國谷子資源極為豐富，所以從我國谷子品種中挖掘優(yōu)異抗逆基因?qū)τ谧魑锟鼓娣肿佑N研究具有重要的理論及實際意義。自噬現(xiàn)象廣泛存在真核生物內(nèi)，自噬過程將細(xì)胞中變性或受損的細(xì)胞器和大分子降解后重新利用，維持細(xì)胞自身的代謝穩(wěn)定，對于抵抗逆境脅迫發(fā)揮重要功能。目前，關(guān)

2、于NF-Y類轉(zhuǎn)錄因子和自噬相關(guān)基因參與植物耐鹽反應(yīng)的報道較少。本研究通過分析谷子高鹽脅迫轉(zhuǎn)錄組測序結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩個高鹽脅迫響應(yīng)基因，NF-Y類轉(zhuǎn)錄因子基因SiNF-YA5基因及自噬相關(guān)基因SiATG4基因，本研究對這兩個基因的基本特性、表達(dá)特性、生物學(xué)功能、調(diào)控途徑等方面進(jìn)行了系統(tǒng)分析。主要研究結(jié)果如下：
　　1.谷子NF-Y類轉(zhuǎn)錄因子基因SiNF-YA5功能分析及調(diào)控途徑解析。
　　從抗逆性強的谷子品種龍谷25中克隆NF-Y類

3、轉(zhuǎn)錄因子SiNF-YA5，該基因全長924 bp，編碼307個氨基酸，分子量為33.76 kD。SiNF-YA5定位在細(xì)胞膜和細(xì)胞核中。表達(dá)模式分析結(jié)果證明，SiNF-YA5受高鹽、干旱、低氮等脅迫的誘導(dǎo)表達(dá)，對ABA處理不敏感。在擬南芥中過表達(dá) SiNF-YA5基因，分別在萌發(fā)期及苗期對轉(zhuǎn)基因擬南芥的耐鹽性進(jìn)行鑒定。鑒定結(jié)果顯示， SiNF-YA5轉(zhuǎn)基因擬南芥株系在高鹽脅迫下，在萌發(fā)期，萌發(fā)率和綠苗率都顯著高于野生型擬南芥（WT）（P

4、<0.01）；在苗期，SiNF-YA5轉(zhuǎn)基因擬南芥株系根系比WT更發(fā)達(dá)，轉(zhuǎn)基因擬南芥株系的根表面積（P<0.01）和植株鮮重（P<0.05）顯著高于WT，結(jié)果證明SiNF-YA5可以顯著提高轉(zhuǎn)基因植物的耐鹽性。高鹽脅迫響應(yīng)相關(guān)基因表達(dá)分析結(jié)果證明，在高鹽脅迫下，SiNF-YA5轉(zhuǎn)基因擬南芥中，Na+/H+轉(zhuǎn)運蛋白基因( NHX1)和種子胚胎發(fā)育后期豐富蛋白基因( LEA7)表達(dá)量相比WT顯著提高，結(jié)果證明SiNF-YA5通過將細(xì)胞內(nèi)過高

5、的Na+區(qū)域化隔離到液泡中或者保護(hù)蛋白活性等生理機制提高轉(zhuǎn)基因擬南芥的耐鹽性。SiNF-YA5轉(zhuǎn)基因擬南芥ABA處理實驗結(jié)果顯示，相比于 WT，在萌發(fā)期及苗期，SiNF-YA5轉(zhuǎn)基因擬南芥株系對 ABA處理均不敏感，結(jié)果證明， SiNF-YA5提高植物耐鹽性不依賴ABA信號途徑。
　　2.谷子自噬相關(guān)基因SiATG4特性及功能分析。
　　從抗逆性較強的谷子品種龍谷25中克隆自噬相關(guān)基因 SiATG4，該基因全長1443 bp

6、，編碼480個氨基酸，預(yù)測分子量為52.29 kD。SiATG4定位在細(xì)胞膜和細(xì)胞核中。表達(dá)模式分析結(jié)果顯示，SiATG4基因受高鹽、干旱等脅迫的誘導(dǎo)表達(dá)，同時響應(yīng)ABA處理。在水稻中過表達(dá)SiATG4基因，分別在萌發(fā)期及苗期鑒定轉(zhuǎn)基因水稻的耐鹽性，鑒定結(jié)果顯示，SiATG4轉(zhuǎn)基因水稻種子在高鹽脅迫下，在萌發(fā)期，萌發(fā)率顯著高于野生型水稻（CK）；在苗期，在高鹽和PEG脅迫處理下SiATG4轉(zhuǎn)基因水稻相比CK更加健康，植株鮮重顯著高于CK