番茄逆境响应基因ShGT-1的功能鉴定及调控机制解析

发布时间：2019-01-01 10:06

【摘要】：非生物逆境是当今严重威胁农业生产的关键限制因子,对农作物的产量和品质产生了一定影响,因此深入研究植物对逆境的响应调控机制,对抗逆高产优质新品种的培育奠定有力的理论基础。Trihelix转录因子是一类小家族因子,仅存在于植物中,因该类转录因子能够和基因启动子区的GT元件特异结合,又被称为GT因子家族,这一家族不仅在植物的生长发育方面扮演着举足轻重的角色,而且在非生物逆境响应中也发挥关键作用。对该家族的功能研究已有较多报道,但是在非生物逆境响应途径中的具体调控机理并不清楚。番茄在生长中容易遭受各种不良环境的影响,而GT作为转录因子在番茄生长发育及胁迫方面的研究还比较少,因此,探究GT转录因子在番茄生长发育及抗逆性中的分子调控机制将有助于增加我们的认知,并可创造番茄新种质。本研究是通过抗寒种质的芯片杂交结果候选出一个对低温响应的差异表达基因,然后在耐寒的野生多毛番茄(S.habrochaites)LA1777中进行克隆得到ShGT-1基因,利用转基因对ShGT-1进行功能鉴定及调控机制解析。主要研究结果如下:1.对ShGT-1进行序列分析,结果显示基因ShGT-1编码293个氨基酸。并且亚细胞定位显示ShGT-1基因在细胞核表达。通过与普通栽培番茄中的序列进行比较,发现耐寒野生多毛番茄存在一个位点的变异和一个位点的缺失。2.组织表达分析,发现ShGT-1基因在植株的各个组织中均有表达,呈组成型表达,但在根和花器官中的表达偏高,说明该基因在调控番茄发育的某些靶基因方面有重要作用。而诱导表达分析发现ShGT-1基因不仅受干旱、低温和盐胁迫多种逆境诱导表达,同时也受激素ABA和GA的诱导表达。表明ShGT-1基因可能在番茄植株的非生物胁迫响应中发挥正调控作用。3.在普通番茄A57中超量表达ShGT-1,番茄植株表型发生明显改变,表现节间距变短、叶片变小等矮化表型。对该矮化表型进行探究发现,外源GA可以恢复其表型,说明ShGT-1对GA信号传导途径没有影响,这种矮化属于GA敏感型矮化。为了进一步探究超表达ShGT-1致使番茄植株表现矮化的分子机制,对番茄植株中和GA合成相关基因的表达量进行分析,结果发现转基因植株GA合成途径中的关键基因GA20ox4和GA3ox表达显著下调。我们推测可能是因为转基因植株体内GAs合成受阻而导致其矮化。4.在番茄苗期对植株进行抗逆性鉴定,结果表明超量表达ShGT-1的转基因系在低温及干旱胁迫下的抗性明显比野生型A57强。对相关生理指标分析发现,在低温处理下超表达植株体内的渗透调节物质脯氨酸含量明显积累,MDA含量及电导率均显著低于野生型A57;而干旱胁迫下,番茄转基因植株的气孔几乎关闭,而叶片失水率也比A57偏低,表现良好的保水能力。说明ShGT-1对番茄植株的逆境响应发挥了一定的正调控作用。5.利用酵母双杂筛选到与ShGT-1互作的3个蛋白,分别是Solyc02g067030(Sn RK1)、Solyc02g067460(VDAC)和Solyc07g008070(Ca M),这三个互作蛋白均与非生物胁迫相关,表明ShGT-1所参与的逆境调控机制可能是作用在信号传导途径中。曾有报道称互作蛋白Sn RK1是通过依赖ABA途径参与调控植株非生物胁迫应答响应,而我们的实验结果显示,转基因番茄植株对ABA表现不敏感,但可以上调参与ABA合成及传导途径相关基因的表达量。说明蛋白ShGT-1可能是通过与Sn RK1相互作用从而通过依赖ABA途径参与调控番茄非生物胁迫应答响应。
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【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S641.2

【参考文献】