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Arid
DOI10.27204/d.cnki.glzhu.2021.000651
四翅滨藜类黄酮合成关键酶编码基因的克隆及功能分析
王贝贝
出版年2021
学位类型硕士
学位授予单位兰州大学
中文摘要土壤盐渍化会对植物造成离子失衡、渗透胁迫和氧化损伤等多种危害,是影响农作物生长和限制土地资源利用最严重的非生物胁迫因子之一。为了适应严酷的盐渍荒漠环境,长期生长于这类环境中的植物进化出了一系列独特的抗盐机制。对这些特有物种的抗盐机制进行探究,挖掘关键的盐响应基因,将为农作物和牧草的改良奠定理论基础。四翅滨藜(Atriplex canescens)长期生长于极度贫瘠的盐碱荒漠地区,是一种典型的盐生植物,耐盐、抗旱能力极强。类黄酮是一类重要的抗氧化剂,具有极强的ROS清除能力,因而广泛参与植物的抗逆过程;我们前期通过转录组测序分析发现,四翅滨藜叶和根中众多参与类黄酮合成关键酶的编码基因在盐处理后上调表达,因此推测类黄酮可能与四翅滨藜的强耐盐性密切相关。同时,以往关于四翅滨藜耐盐机制的探究主要集中在离子转运、渗透调节、光合作用、水分转运及抗氧化酶等方面,而鲜有研究关注抗氧化剂在其耐盐性中的作用。基于此,本论文分析了NaCl处理下四翅滨藜叶和根中类黄酮的含量,以初步明确类黄酮是否参与四翅滨藜响应盐胁迫的过程。在此基础上,克隆了3个参与四翅滨藜类黄酮生物合成的关键酶编码基因,并分析了它们在盐处理下的表达模式,最后将其中2个基因分别转入拟南芥(Arabidopsis thaliana)中,以期进一步揭示盐生植物四翅滨藜的耐盐机制。取得以下主要结果:1.DPBA染色结果显示,在100 mM和300 mM NaCl处理下,四翅滨藜幼叶和幼根中类黄酮的荧光强度均明显高于对照;同时,其4周龄幼苗成熟叶和根中类黄酮的含量在盐处理下均显著高于对照组,表明类黄酮参与了四翅滨藜对盐渍环境的响应过程。2.克隆了四翅滨藜查尔酮合成酶编码基因AcCHS、查尔酮异构酶编码基因AcCHI以及黄烷酮3-羟化酶编码基因AcF3H的全长c DNA,其中AcCHS的ORF为1182 bp,编码393个氨基酸;AcCHI的ORF为741bp,编码246个氨基酸;AcF3H的ORF为1119 bp,编码361个氨基酸。3.表达模式分析发现,AcCHS主要在四翅滨藜的根中表达,AcCHI和AcF3H主要在其成熟叶中表达,3个基因在其主要的表达部位均受到NaCl处理的显著诱导,表明上述基因均参与四翅滨藜对盐胁迫的响应。4.将AcCHI在拟南芥中超表达后,转基因植株中部分类黄酮合成关键酶编码基因的表达丰度明显升高,同时其体内类黄酮含量显著增加。在50 m M NaCl和-0.15 MPa处理下,与野生型相比,转基因植株的长势更好、生物量更高,且其叶片中H_2O_2的含量和相对质膜透性均更低。表明AcCHI超表达促进了转基因拟南芥类黄酮的合成,增强了其ROS清除能力,进而提高了转基因植株对盐和干旱胁迫的抵御能力。5.超表达AcF3H的转基因拟南芥中,部分类黄酮合成关键酶编码基因的表达丰度及类黄酮的含量均显著高于野生型。在盐和渗透胁迫下,AcF3H超表达植株的生长和生物量均明显优于野生型,且叶片中H_2O_2的含量和相对质膜透性均显著低于野生型。可见,AcF3H超表达促进了拟南芥中类黄酮的合成,提高了其ROS清除能力,从而有效增强了植株对盐和干旱的耐受力。综上所述,四翅滨藜类黄酮及其合成关键酶编码基因AcCHS、AcCHI和AcF3H均参与了其响应盐胁迫的过程,且AcCHI和AcF3H的超表达能够明显增强拟南芥抵御盐和干旱的能力,这为系统揭示四翅滨藜的耐盐机制及牧草和作物的抗逆性遗传改良提供了理论依据。
中文关键词四翅滨藜 ; 类黄酮 ; 耐盐性 ; 抗旱性 ; 抗逆基因
语种中文
国家中国
中图法分类号S793.9
资源类型学位论文
条目标识符http://119.78.100.177/qdio/handle/2XILL650/373298
作者单位兰州大学
推荐引用方式
GB/T 7714		 王贝贝. 四翅滨藜类黄酮合成关键酶编码基因的克隆及功能分析[D]. 兰州大学,2021.
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