小麥泛素基因Ta-Ub2改善短柄草非生物脅迫耐性研究.pdf

1、泛素是一種高度保守的小分子球狀蛋白，廣泛存在于真核生物中。泛素26S蛋白酶體途徑與植物的非生物脅迫響應密切相關，而泛素作為泛素26S蛋白酶體系統(tǒng)中的一員起著極其重要的作用。
　　本實驗室前期研究表明，小麥泛素基因Ta-Ub2在雙子葉植物煙草的逆境脅迫過程中起重要作用，且該基因的表達加快了煙草的發(fā)育進程。本研究在克隆了小麥泛素基因Ta-Ub2的基礎上，構建了Ta-Ub2基因的組成型和脅迫誘導型表達載體，轉化單子葉模式植物短柄草，獲得

2、了過量表達和脅迫誘導表達泛素的轉基因短柄草株系多個。利用轉基因株系，研究了Ta-Ub2在單子葉植物短柄草生長發(fā)育及逆境耐性中的作用，分析了Ta-Ub2提高轉基因短柄草非生物脅迫耐性的生理生化及分子機制。其主要結果和結論如下：
　?。?）QRT-PCR分析結果表明，Ta-Ub2在小麥的根、莖、葉中均有表達，并且葉中的表達量最高，而根莖中的表達量最少。Ta-Ub2的表達受PEG、NaCl和4?C冷脅迫的誘導上調。
　?。?）通過

3、基因組PCR及qRT-PCR檢測鑒定，獲得了不同表達水平的組成型和脅迫誘導型過表達小麥泛素基因Ta-Ub2的轉基因短柄草植株。泛素蛋白豐度檢測結果表明，正常條件下，轉基因和野生型株系中泛素蛋白豐度沒有明顯差異，但干旱處理后，轉基因植株體內多聚泛素蛋白豐度高于野生型，而泛素單體蛋白仍無明顯差異。
　?。?）在正常生長條件下，組成型過表達小麥泛素基因Ta-Ub2的轉基因植株與野生型相比生長遲緩，前期株高較低，后期趨于相同，且千粒重下降

4、。而誘導型轉基因植株與野生型無明顯差異。
　?。?）組成型過量與誘導表達Ta-Ub2不僅提高轉基因短柄草的干旱脅迫耐性，也提高了其鹽脅迫和低溫脅迫耐性。與野生型相比，干旱脅迫下，轉基因短柄草具有較高的存活率、較高的相對含水量、較低的水分散失速率以及較高的生物量。同時，轉基因短柄草的可溶性糖和脯氨酸含量較高，滲透勢較低。這說明Ta-Ub2的過表達可以促進滲透調節(jié)物質的積累，降低滲透勢，進而在一定程度上緩解由干旱脅迫造成的水分流失，促

5、進植物體內的水分保持，提高植物的干旱耐性。
　?。?）干旱脅迫下，轉基因短柄草中H2O2含量以及O2-產生速率均低于野生型，并且轉基因短柄草中蛋白羰基化水平以及MDA含量也低于野生型。同時，轉基因植株抗氧化酶活性水平總體較高。這些結果表明，Ta-Ub2的過表達提高了轉基因植株的活性氧清除能力，降低了氧化脅迫對細胞造成的傷害。
　?。?）檢測了轉基因植株中某些抗性相關基因的表達，包括抗氧化相關基因和脅迫相關轉錄因子基因。結果發(fā)

6、現(xiàn)大部分被檢測基因的表達量在轉基因植株中的表達水平較野生型高。
　　綜上所述，在單子葉模式植物短柄草中過表達與誘導表達Ta-Ub2基因改變了轉基因植株的生長發(fā)育表型，且與雙子葉模式植物煙草中的表型不一致。過量表達與誘導表達該基因均提高了轉基因短柄草的脅迫耐性，這與轉基因煙草的結果一致。在生理生化水平上，轉基因短柄草抗逆性的提高與細胞水分狀況的維持以及抗氧化能力的提高有關。在分子水平上，Ta-Ub2參與了轉基因植株中脅迫相關基因的表