PtSOS1、PtAKT1在盐生植物小花碱茅抗盐中的作用
导 师: 王锁民
学 校: 兰州大学
专 业: 草业科学
关键词: 小花碱茅 质膜型Na~+/H~+逆向转运蛋白(PtSOS1) 根系K~+、Na~+选择性运输/吸收能力 K~+通道蛋白(PtAKT1) 耐盐性
分类号: S543
类 型: 博士论文
年 份: 2013年
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内容摘要
小花碱茅(Puccinellia tenuiflora)是一种典型的禾本科碱茅属盐生植物,广泛分布在我国北方地区,是一种重要的优良牧草,具有很强的耐盐碱能力。我们前期研究表明,小花碱茅主要耐盐机制是通过限制根部Na+的单向内流以减少Na+的净吸收,使其维持较高的根系K+、Na+选择性,以促进根系对K+的吸收和转运。但对其根系K+、Na+选择性分子机制仍不清楚。SOS1通过介导根部Na+的外排,以维持植株根系K+吸收和转运,可能小花碱茅SOS1在根系K+、Na+选择性运输中起关键作用；在钾亏缺或盐胁迫条件下,与其它阳离子相比,K+通道蛋白AKT1对于K+具有高度的选择性,并在维持根系K+吸收中起重要作用,或许小花碱茅AKT1在根系K+、Na+选择性吸收中起重要作用。鉴于此,本研究克隆和鉴定了小花碱茅PtSOS1、PtAKT1,并探讨了不同浓度NaCl、KCl以及NaCl与KC1下PtSOS1、PtAKT1的转录丰度和Na+、K+积累的关系,以期揭示PtSOS1、PtAKT1在小花碱茅抗盐中的作用。主要结果如下：(1) PtSOS1编码1143个氨基酸,C-末端含有一个保守环核苷酸结合域(cyclic nucleotide binding domain),与已知的植物质膜Na+/H+转运蛋白具有较高的同源性(>57%)；PtAKT1编码895个氨基酸,与已知的植物AKT1类K+通道蛋白具有较高的同源性(>60%)。(2)不同浓度NaCI (25-150mM)下,小花碱茅根中的PtSOS1表达水平和根系根系K+、Na+选择性运输能力(ST值)呈急剧增加趋势。(3)添加0.1～1mM KCl显著地增加了根中PtSOS1的转录水平和根系ST值,但在5-10mM KCl下根中PtSOS1的转录水平和根系ST值下降。(4)高盐(150mM NaCl)处理下,随着处理时间的延长,低K+(0.1mM KCl)处理根中PtSOS1表达水平及根系ST值显著低于高K+(5mM KC1)处理。(5)不同浓度NaCl、KCl以及高盐与低K+或高K+互作下,小花碱茅根中PtSOS1表达水平与根系ST值间呈显著的正相关关系。可见,盐胁迫下,PtSOS1在根系K+、Na+选择性运输中起到关键性的作用。(6)不同浓度KCl(0～10mM)处理间小花碱茅根中的PtAKT1表达水平与整株K+浓度均无显著差异,这说明在钾亏缺及低钾条件下小花碱茅PtAKT1在维持根系对K+吸收中亦发挥重要作用。(7)在6-48h,150mM NaCl与0.1或5mM KCl处理的根中PtAKTl表达水平显著高于25mM NaCl与0.1或5mM KCl处理的,但随着处理时间的延长(48～96h),其根中PtAKT1表达水平或整株K+浓度降低,且各处理在48～96h间根中PtAKT1表达水平或整株K+浓度无显著差异。150mM NaCl与0.1或5mMKC1处理6-96h,其根系SA值远高于25mM NaCl与0.1或5mM KCl处理的。进一步研究发现,25mM NaCl与0.1或5mM KC1及150mM NaCl与0.1或5mMKCl处理6-96h,小花碱茅根系K+、Na+选择性吸收能力(SA值)与根中PtAKT1表达水平间呈显著的正相关关系。这说明在盐胁迫下小花碱茅PtAKT1在根系K+、Na+选择性吸收中起关键的作用。综上所述,PtSOS1编码的质膜Na+/H+逆向转运蛋白在调节小花碱茅根系K+、Na+选择性运输中具有重要的作用,并提出盐胁迫下SOS1通过维持木质部周围薄壁细胞膜的完整性来调节质膜上正常的K和Na转运,从而维持了根系K+、Na+选择性运输的作用模型。此外,在盐胁迫下PtAKT1编码的K+通道蛋白在小花碱茅根系K+、Na+选择性吸收中起关键作用。
全文目录
縮写词表 3-5
中文摘要 5-7
Abstract 7-13
第一章 引言 13-15
第二章 国内外研究进展 15-32
2.1 质膜Na~+/H~+逆向转运蛋白基因SOS1的定位克隆 16-17
2.2 质膜Na~+/H~+逆向转运蛋白SOS1的拓扑结构及特性 17-19
2.3 质膜Na+/H+逆向转运蛋白的主要功能 19-23
2.4 质膜Na~+/H~+逆向转运蛋白的表达及调控机制 23-25
2.4.1 质膜Na~+/H~+逆向转运蛋白基因的表达 23
2.4.2 质膜Na~+/H~+逆向转运蛋白基因表达的调控机制 23-25
2.5 质膜Na~+/H~+逆向转运蛋白与植物的耐盐性 25
2.6 Shaker类家族钾离子通道蛋白的系统发育 25-27
2.7 Shaker类家族钾离子通道蛋白的拓扑结构 27
2.8 K~+通道蛋白基因的表达及调控机制 27-30
2.8.1 K~+通道蛋白基因的表达 28-29
2.8.2 K+通道蛋白基因表达的调控机制 29-30
2.9 钾营养研究进展 30-32
2.9.1 过量表达K~+通道基因AKT1可提高植物对K~+的利用效率 30-31
2.9.2 合理的施肥方式 31-32
第三章 PtSOS1在小花碱茅K~+、Na~+选择性运输中的作用 32-62
3.1 材料与方法 33-42
3.1.1 材料培养及处理 33-34
3.1.2 主要试剂及配方 34
3.1.3 小花碱茅总RNA的提取 34-35
3.1.4 小花碱茅PtSOS1基因核心片段的克隆 35-37
3.1.5 小花碱茅PtSOS1基因5’端的克隆(5’-RACE) 37-39
3.1.6 小花碱茅PtSOS1基因3’端的克隆(3’-RACE) 39-41
3.1.7 PtSOS1表达模式分析 41
3.1.8 Na~+和K~+浓度的测定 41-42
3.1.9 根系K~+、Na~+选择性运输能力(ST值)的计算 42
3.2 数据计算和统计方法 42
3.3 结果与分析 42-57
3.3.1 小花碱茅总RNA的纯度及完整性检测 42-43
3.3.2 小花碱茅PtSOS1基因核心片段的克隆 43
3.3.3 小花碱茅PtSOS1基因5’端的克隆 43-44
3.3.4 小花碱茅PtSOS1基因3’端的克隆 44
3.3.5 小花碱茅PtSOS1白基因全长cDNA的特征 44-46
3.3.6 小花碱茅PtSOS1的多重比较及结构分析 46-48
3.3.7 不同浓度NaCl处理对小花碱茅PtSOS1表达、Na~+和K~+积累以及ST值的影响 48-50
3.3.8 不同浓度KCl处理对小花碱茅PtSOS1表达、Na~+和K~+积累以及ST值的影响 50-52
3.3.9 25mM NaCl与0.1或5 mM KCl处理对小花碱茅PtSOS1表达、Na~+和K~+积累以及ST值的影响 52-54
3.3.10 150mM NaCl与0.1或5 mM KCl处理对小花碱茅PtSOS1表达、Na~+和K~+积累以及ST值的影响 54-57
3.4 讨论 57-61
3.4.1 PtSOS1编码质膜Na~+/H~+逆向转运蛋白 57
3.4.2 PtSOS1介导的Na~+外排在小花碱茅耐盐中起重要作用 57-58
3.4.3 PtSOS1在小花碱茅根系K~+、Na~+选择性运输中发挥关键作用 58-61
3.5 小结 61-62
第四章 PtAKT1在小花碱茅K~+、Na~+选择性吸收中的作用 62-79
4.1 材料与方法 63-66
4.1.1 材料 63
4.1.2 实验材料的培养和处理 63-64
4.1.3 方法 64
4.1.4 小花碱茅PtAKT1基因核心片段的克隆 64-65
4.1.5 小花碱茅PtAKT1基因5’端(5’-RACE)和3’端(3’-RACE)的克隆 65
4.1.6 PtAKT1表达模式分析 65-66
4.1.7 K~+、Na~+浓度的测定 66
4.1.8 根系K+、Na+选择性吸收能力(SA值)的计算 66
4.2 数据计算和统计方法 66
4.3 结果与分析 66-75
4.3.1 小花碱茅PtAKT1基因核心的克隆 66-67
4.3.2 小花碱茅PtAKT1基因5’端的克隆 67-68
4.3.3 小花碱茅PtAKT1基因3’端的克隆 68
4.3.4 小花碱茅PtAKT1基因cDNA的特征 68-69
4.3.5 小花碱茅PtAKT1的多重比较及结构分析 69-72
4.3.6 不同浓度KCl处理对小花碱茅PtAKT1表达及整株K~+积累的影响 72-73
4.3.7 不同浓度NaCl与KCl处理对小花碱茅PtAKT1表达的影响 73-74
4.3.8 不同浓度NaCl与KCl处理对小花碱茅整株Na、K~+积累及根中PtAKT1表达与SA值间相关性的影响 74-75
4.4 讨论 75-78
4.4.1 PtAKT1编码AKT1类K~+通道蛋白 76
4.4.2 PtAKT1在小花碱茅根系K~+、Na~+选择性吸收中起重要作用 76-78
4.5 小结 78-79
第五章 结论 79-80
参考文献 80-96
在学期间研究成果 96-98
致谢 98
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