小麥擴展蛋白基因TaEXPB23的功能研究.pdf

1、小麥是世界性的重要糧食作物，在我國是僅次于水稻的第二大糧食作物，其生長和產(chǎn)量直接關系到人類食物的供應。干旱脅迫嚴重影響小麥的生長和產(chǎn)量。研究小麥生長發(fā)育調控及抗旱機制對于提高干旱條件下小麥產(chǎn)量具有重要意義。生長是植物最基本的生理現(xiàn)象，它主要涉及到細胞的擴張和分裂。近年來發(fā)現(xiàn)，擴展蛋白在細胞壁擴張過程中起著重要作用，并且已經(jīng)證實擴展蛋白在提高玉米等作物的抗旱性方面也起著重要作用。本實驗室前期從小麥胚芽鞘中克隆了擴展蛋白基因，命名TaEXP

2、B23（GenBank注冊號：AY260547），構建了含35S強啟動子的基因表達載體，轉化煙草獲得過量表達TaEXPB23的轉基因株系多個。本文首先從形態(tài)、細胞學、植物生理學方面，觀察研究了過量表達TaEXPB23基因對煙草生長發(fā)育的影響；其次，將基因轉化擬南芥，獲得了過量表達該基因的擬南芥株系；借助于擬南芥發(fā)育基因的遺傳背景，初步研究了過量表達TaEXPB23基因對生長發(fā)育調控的分子基礎；為降低組成型表達對轉基因植株的負面影響，克隆

3、了擬南芥干旱誘導型啟動子RD29A，構建了TaEXPB23表達載體，轉化煙草獲得了干旱誘導TaEXPB23基因表達的煙草植株，研究比較了干旱誘導表達與強啟動子組成型表達TaEXPB23基因對煙草生長發(fā)育及抗旱性的影響。主要結果如下：
　　 1.組成型過量表達TaEXPB23基因對煙草生長發(fā)育的影響及其生理與分子機制
　　 1.1組成型過表達TaEXPB23轉基因煙草表現(xiàn)出前期生長加速，葉片變大；但生育周期變短，開花期提前

4、，后期植株高度矮，總葉片數(shù)目減少，節(jié)間變長，葉片變小，根部發(fā)達等性狀。通過解剖結構觀察發(fā)現(xiàn)，轉基因煙草的頂端分生組織凸起較大，葉片表皮細胞稍變小，莖部細胞略變細。
　　 1.2組成型過表達TaEXPB23基因煙草葉片積累的淀粉量要少于野生型煙草，而淀粉酶活性，轉化酶活性等均高于野生型煙草。說明過表達轉基因煙草分解利用淀粉的速度較快。分析認為這可能與轉基因煙草適應快速生長的需求有關。
　　 1.3將含有35S啟動子的TaE

5、XPB23基因載體轉化擬南芥，獲得了組成型過表達TaEXPB23基因株系多個。觀察發(fā)現(xiàn)，過表達轉基因擬南芥的表型與過表達轉基因煙草的表型基本一致，均表現(xiàn)為前期生長加快，葉片加大；但是，開花期提前，生育周期變短，最終植株高度變矮。通過半定量RT-PCR檢測擬南芥部分開花相關基因的表達發(fā)現(xiàn)，不論在長日照還是短日照條件下，轉基因擬南芥中兩個抑制開花的基因EBS和FLC在轉基因株系中表達量均低于野生型；而三個促進開花的基因CO、FT和AP1的表

6、達在轉基因擬南芥中均高于野生型。說明組成型過量表達小麥TaEXPB23基因對轉基因煙草、擬南芥生長發(fā)育過程的調節(jié)作用，可能與影響了發(fā)育相關基因的表達有關。
　　 2.組成型過量表達TaEXPB23基因提高了煙草的抗旱性
　　 通過觀察與檢測在干旱脅迫下過表達轉基因煙草的細胞學和生理學指標，我們發(fā)現(xiàn)過表達轉基因煙草可以維持較好的細胞結構，失水速率相對緩慢，葉片可以維持較高的相對含水量。并且，過表達轉基因煙草的光合性能的維持

7、、PSⅡ系統(tǒng)的保護也要好于野生型煙草。由于過表達轉基因煙草能夠維持較好的細胞結構，所以其相對電導率和MDA含量均低于野生型煙草，表明組成型過表達轉基因煙草的抗旱性得到提高。
　　 3.干旱誘導表達TaEXPB23基因對轉基因煙草表型與抗旱性的影響
　　 為了減小組成型過表達TaEXPB23基因對轉基因植株的影響，從擬南芥中克隆得到在干旱、鹽漬和低溫下誘導表達的啟動子RD29A，并將其與TaEXPB23基因連接，構建了表達

8、載體，轉化煙草，獲得了逆境誘導表達TaEXPB23基因的轉基因煙草，比較研究了轉基因煙草的表型和抗旱性。結果發(fā)現(xiàn)：誘導型轉基因煙草在正常供水條件下表型與野生型煙草基本一致，克服了組成型表達TaEXPB23基因對生長發(fā)育的負面影響；干旱脅迫下，TaEXPB23基因在短時間內可以被誘導表達，并且可以翻譯出具有活性的蛋白。誘導型轉基因煙草的抗旱性也得到了提高，但是略差于過表達轉基因煙草。
　　 4.激素處理對小麥胚芽鞘中TaEXPB2