玉米耐旱相關(guān)基因ZmHSP90-1和ZmMYB-R1的序列特征分析與功能驗證.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、干旱是長期以來影響全世界糧食產(chǎn)量的主要限制因素之一。預(yù)計世界人口在2050年將會超過90億,今后相當(dāng)長的時間內(nèi)人口和資源的矛盾會相當(dāng)突出。隨著近現(xiàn)代遺傳學(xué)和分子生物學(xué)的發(fā)展,采用基因工程培育優(yōu)良的耐旱作物勢在必行。挖掘耐旱基因進行序列和功能分析,以期研究耐旱性分子機理,為創(chuàng)造耐旱新種質(zhì)提供新基因資源,進而選育耐旱玉米等作物。玉米(Zea mays L.)不僅是重要的糧食和飼料作物,也是重要的食品工業(yè)原料和能源植物。近年來,國內(nèi)玉米總產(chǎn)已

2、經(jīng)超過小麥,成為我國第二大糧食作物。本研究以耐旱自交系玉米為供試材料,結(jié)合本實驗室在前期研究中獲得的耐旱相關(guān)ESTs,分析篩選出一些脅迫應(yīng)答基因,并克隆了兩個新的基因,即熱激蛋白(heat-shock protein,HSP)基因ZmHSP90-1和轉(zhuǎn)錄因子基因ZmMYB-R1。通過生物信息學(xué)分析、蛋白瞬時表達(dá)和實時熒光定量PCR初步研究了ZmHSP90-1基因和轉(zhuǎn)錄因子基因ZmMYB-R1在非生物脅迫中的響應(yīng)機制;通過在擬南芥中過量表

3、達(dá)該基因分析目標(biāo)基因的抗逆功能。
   本研究主要研究成果如下:⑴將72條耐旱相關(guān)ESTs的序列在GenBank數(shù)據(jù)庫進行同源性比較和功能分析,其中60條ESTs在數(shù)據(jù)庫中找到了同源基因,大多數(shù)的基因與非生物脅迫及生物脅迫相關(guān),發(fā)掘了兩個新的基因:熱激蛋白基因ZmHSP90-1和轉(zhuǎn)錄因子基因ZmMYB-R1。另外12條ESTs不能找到匹配基因,待采用RACE等分子生物學(xué)手段進行基因全長克隆和生物學(xué)功能研究。⑵克隆了一個新的熱激蛋

4、白基因ZmHSP90-1,該基因編碼697個氨基酸,編碼的蛋白包括ATPase位點和HSP90保守結(jié)構(gòu)域。蛋白比對和聚類分析表明,ZmHSP90-1與擬南芥、水稻等多種物種的熱激蛋白高度同源,與擬南芥的AtHSP90.1親緣關(guān)系比較近,蛋白序列相似性達(dá)到88.3%。蛋白瞬時表達(dá)顯示ZmHSP90-1在細(xì)胞質(zhì)表達(dá)。實時定量PCR分析顯示,ZmHSP90-1基因的表達(dá)受多種非生物脅迫的誘導(dǎo),且在不同脅迫處理下表達(dá)模式不同,但在高溫和高鹽下的

5、表達(dá)模式有些類似,推測在這兩個脅迫條件下玉米植株所產(chǎn)生的應(yīng)激反應(yīng)中可能存在通路。⑶構(gòu)建了在擬南芥中過表達(dá)ZmHSP90-1基因的重組載體,采用農(nóng)桿菌介導(dǎo)的花序浸染法獲得了數(shù)十個具有潮霉素抗性的陽性植株,經(jīng)PCR檢測及后續(xù)的篩選總共獲得14個株系。轉(zhuǎn)ZmHSP90-1,基因擬南芥種子萌發(fā)和根長受NaCl脅迫抑制,幼苗和成株期忍耐高溫、干旱、ABA、CaCl2的能力都有不同程度的提高,但是對NaCl脅迫各個株系表現(xiàn)并不一致。⑷克隆了轉(zhuǎn)錄因子

6、ZmMYB-R1基因,該基因編碼626個氨基酸,含有單一的MYB區(qū)域,屬于R1-MYB類型轉(zhuǎn)錄因子。蛋白比對和聚類分析表明ZmMYB-R1與AtMYB3、OsMYB2的親緣關(guān)系比較近。蛋白瞬時表達(dá)顯示ZmMYB-R1在細(xì)胞核特異性表達(dá),實時熒光定量PCR結(jié)果表明ZmMYB-R1基因的表達(dá),受到高溫、高鹽、ABA、低溫、干旱的誘導(dǎo),且不同脅迫處理下該基因的表達(dá)模式不同。構(gòu)建了在擬南芥中過表達(dá)ZmMYB-R1基因的重組載體,采用農(nóng)桿菌介導(dǎo)的

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