木荷干旱胁迫的生理影响及SsPER17基因抗旱功能分析
摘要
土地石漠化是西南至华南地区面临的严重生态问题,石漠化区域特点是土壤少、贮水能力低、岩层漏水性强、极易引起缺水干旱和严重的水土流失。植树造林是解决石漠化地区生态问题的重要方式,但不良的立地条件带来干旱胁迫等问题,严重影响了林木的生长发育,因此选择和选育优良的抗旱乡土树种成为石漠化地区造林的关键任务。木荷(Schima superba),山茶科常绿乔木,是华南及东南沿海地区优良的造林树种,具有抗火耐火、有效防止大面积森林火灾等特点,同时对华南地区极端立地条件具有良好的生长适应性,能在石漠化地区正常生长发育,运用现代生物学技术,研究木荷的抗旱性,深入挖掘相关抗旱基因的同时了解其调控机制,是推动石漠化地区分子抗旱育种的极为重要的基础工作之一。本研究选用2年生木荷幼苗为实验材料,通过干旱及复水期幼苗的生理生化指标测定、转录组测序、异源转化拟南芥等方式,探究木荷的抗旱性以及筛选抗旱相关基因并了解分子调控机理,主要内容与结果如下:(1)通过测定木荷幼苗在干旱及复水期幼苗生理指标变化,结果表明:木荷幼苗叶片含水率和气孔开度变化趋势随着干旱加剧而降低,复水后恢复至对照水平,而叶绿素相对含量增长率的变化趋势正好相反,与干旱相关的超氧化物歧化酶(SOD)、抗坏血素过氧化物酶(APX)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)、谷胱甘肽S-转移酶(GST)随着干旱胁迫的加剧酶的活性显著升高,复水12 h后恢复;与干旱渗透调节相关的脯氨酸、可溶性糖含量随着干旱加剧显著提高,在复水初期仍然保持较高含量。综合各项指标表明木荷具有优良的抗旱性能。(2)通过对木荷幼苗干旱及复水时期的转录测序,利用差异化表达分析、KEGG功能富集分析、GO注释分析和时序化表达分析,筛选出与植物抗旱相关且时序表达和干旱胁迫模式相一致的SsPER17基因,同时通过q RT-PCR技术检测分析,结果显示基因表达模式与测序结果基本一致,表明SsPER17与干旱调控相关。(3)利用生物信息学在线分析工具进行预测发现,SsPER17编码蛋白分子量3.713KD,分子式为C1638H2622N466O484S17,理论p I=9.22,属于不稳定蛋白,具有信号肽的存在,位置预测在22和23;预测有一个跨膜螺旋区,位于5-24,其中氨基酸1-14位于膜内侧,跨膜区位于5-24,而25-366位于膜外侧,编码的蛋白为分泌蛋白;膜内侧及跨膜螺旋区1-25位预测为明显疏水性且含有信号肽区域,而膜外侧25-366位则无明显的亲水疏水性;25-322具有特定结构域secretory plant peroxidases;构建进化树分析发现木荷与山茶、狭叶油茶和烟草亲缘关系最近,与在拟南芥、水稻关系较远;SsPER17启动子序列的分析显示,MYB/MYC是与干旱胁迫相关的顺式作用元件。(4)根据转录组数据和常规的内参基因,选择12个候选内参基因,通过Delt Ct、ge Norm、Norm Finder、Best Keeper和Ref Finder评估它们在非生物胁迫(冷胁迫、盐胁迫、干旱胁迫)和不同组织下的基因表达稳定性。结果表明,AP-2在整体上以及在冷胁迫和干旱胁迫中是表达最稳定和最合适的内参基因,e IF-5α基因在盐胁迫处理中表达最稳定,而UBQ在不同组织中表达最稳定。相反,UBC20、GAPDH和TUB是最不稳定的内参基因。评估了木荷在不同实验条件下内参基因的稳定性,为后续阐明其非生物胁迫机制和检测抗旱相关基因的表达提供了重要依据。(5)通过q RT-PCR技术对SsPER17基因在木荷不同干旱时段、不同组织中基因的表达量分析发现,SsPER17基因表达量存在时空特异性,随着干旱胁迫的加剧,基因表达呈现显著上升趋势,复水后基因表达水平降低;同时,基因表达量在芽和根中显著最高,而在叶中显著最低,表明SsPER17基因可能和通过芽或根系表现其抗旱功能。(6)通过异源转化拟南芥分析表明,转SsPER17拟南芥在1/2 MS(200m M甘露醇)筛选培养基培养基中发芽势显著高于野生型,转基因拟南芥在渗透胁迫下能显著维持更高的种子活性,更高的发芽势,同时根系显著更长,表明SsPER17通过提高种子活性促进根系生长以提高植物的抗旱性。(7)通过对At PRX、At APX1功能基因转录水平分析发现,干旱能显著诱导这些与清除活性氧相关的功能基因,处理后At PRX在转基因拟南芥中转录水平显著高于野生型,而At APX1显著低于野生型植株。这表明SsPER17基因在干旱诱导下促进At PRX表达,而抑制At APX1的表达。说明SsPER17通过调控清除ROS途径相关基因以实现其抗旱功能。展开▼
相关知识
不同抗旱性紫花苜蓿响应干旱的生理及分子机制研究
干旱胁迫下棉花幼苗转录因子BES1/BZR1对外源油菜素内酯的响应表达特征
鸢尾属植物遗传多样性评价及干旱高温胁迫生理响应机制
干旱对油菜花期生理特性及产量的影响
低温胁迫下6种木兰科植物的生理响应及抗寒相关基因差异表达
PEG模拟干旱胁迫对玉竹生理特性的影响
水分胁迫对覆膜滴灌棉花根系活力和叶片生理的影响
沙旱生灌木对干旱胁迫的响应研究进展
干旱胁迫对红花玉兰幼苗生长和生理特性的影响
4个杜鹃花品种对干旱胁迫的生理响应及抗旱性评价
网址: 木荷干旱胁迫的生理影响及SsPER17基因抗旱功能分析 https://m.huajiangbk.com/newsview372960.html
| 上一篇: 不同时期喷施多效唑对圆齿野鸦椿苗 |
下一篇: 风雨同舟 铸就保险坚盾 中华财险 |
