低磷和鋁毒脅迫下大豆γ-ECS和hGSHS基因的克隆及表達分析.pdf

1、谷胱甘肽(glutathione，GSH)是植物組織內(nèi)的一種重要的小分子三肽化合物(L-γ谷氨酰-L-半胱氨酸-甘氨酸)，在微生物，植物和所有哺乳動物細胞內(nèi)都具有較高的表達量。谷胱甘肽在生物體抵御各種脅迫(如干旱，冷害，和重金屬)的過程中具有十分重要的作用，其作用機理也一直是人們研究的熱點。大豆等豆科植物組織內(nèi)的GSH類物質(zhì)為高谷胱甘肽(homoglutathione，hGSH)，hGSH具有GSH幾乎所有的功能，其是在γ-谷氨酰半胱氨

2、酸合成酶(γECS)和hGSH合成酶(hGSHS)的催化作用下，通過兩個依賴于ATP提供能量的反應(yīng)，由谷氨酸，半胱氨酸，和丙氨酸合成。已有大量研究表明，(h)GSH的合成以及與其合成代謝相關(guān)酶類活性的提高，可增強植物對逆境的抗性。因此，γ-ECS和(h)GSHS在植物體的抗逆性反應(yīng)中具有不可忽視的作用。本實驗以大豆雙抗品種BX10為實驗材料，研究了低磷(-P)和鋁毒(+Al)脅迫下γ-ECS和hGSHS酶活性的變化，并克隆其γ-ECS和

3、hGSHS基因cDNA片段并測序驗證，從分子水平分析了此兩種酶的基因表達情況，并以求其在植物抗逆性中的作用，為遺傳改良耐低磷和抗鋁毒的大豆品種以及進一步探討其分子機理提供必要的研究基礎(chǔ)。結(jié)果表明：
　　 (1)-P和+Al處理均提高了BX10根和葉片γ-ECS的活性。-P處理下，與對照相比，BX10根中γ-ECS活性的最大增值為23%，葉中最大增值為36%；+Al處理下，與對照相比，BX10根中γ-ECS活性的最大增值為33.8

4、%，葉中最大增值為32.3%。另外，在不同的處理時期，+Al處理下根中γ-ECS活性的增值始終大于其在-P處理下的增值。而葉片中γ-ECS活性在+Al處理12d時的增值明顯低于其在-P處理下的增值。
　　 (2)在處理前期，BX10根和葉片中hGSHS活性都無顯著變化。隨著處理時間的延長，與對照相比，根和葉片中hGSHS活性都有不同程度的上升。-P處理下根和葉中hGSHS最大增幅分別為40.3%和76%，+Al處理下根和葉片中h

5、GSHS活性的最大增幅分別為88%和42.8%，且最大增幅都出現(xiàn)在不同處理的后期。
　　 (3)半定量RT-PCR分析結(jié)果表明：-P和+Al處理均能顯著增強大豆根和葉片中γ-ECS基因的表達量，但隨著+Al處理時間的延長(12d)，葉片中γ-ECS的表達恢復(fù)至對照水平。隨著-P處理時間的延長(12d)，大豆葉片和根中γ-ECS的表達量恢復(fù)甚至低于了對照水平；-P和+Al處理也能顯著增強大豆根和葉片中hGSHS基因的表達，特別處理

6、后期(12d)，大豆根中hGSHS基因的相對表達量快速上升。但-P處理2d時，葉片中hGSHS的相對表達量達最大值，之后表達有所下降。
　　 研究結(jié)果表明，低磷和鋁毒脅迫下大豆雙抗品種BX10通過上調(diào)谷胱甘肽合成酶基因的表達，提高了谷胱甘肽合成酶的活性，增加了hGSH的生物合成速率，提高了大豆根和葉片中hGSH的水平及hGSH/hGSSG的比值，以響應(yīng)低磷和鋁毒脅迫，維持自身體內(nèi)的代謝平衡。表明谷胱甘肽合成代謝與大豆磷高效和耐鋁