拟南芥吲哚族芥子油苷调控基因的表达模式分析

发布时间：2019-09-25 06:30

【摘要】：芥子油苷是一类广泛存在于包括模式植物拟南芥以及一些经济蔬菜等十字花科植物中的具有抗虫、抗病活性的重要次生代谢产物。芥子油苷根据侧链氨基酸来源不同主要分为吲哚族芥子油苷、脂肪族芥子油苷和芳香族芥子油苷。吲哚族芥子油苷能够参与植物的形态建成、免疫反应以及对病原菌的防御,还与吲哚-3-乙酸(IAA)和植保素(Camalexin)的合成密切相关。目前拟南芥中吲哚族芥子油苷的合成途径已经基本研究清楚,MYB34,MYB51和MYB122是吲哚族芥子油苷合成的过程中具有关键的转录调控作用的转录因子,因此研究调控吲哚族芥子油苷合成的转录因子具有重要的理论意义和应用价值。吲哚族芥子油苷的转录调控通常受脱落酸(abscisic acid,ABA)、茉莉酸(jasmonic acid,JA)、水杨酸(salicylic acid,SA)、赤霉素(gibberellin,GA)和乙烯(ethylene,ET)等植物激素的诱导。利用Plantcare软件对MYB34,MYB51和MYB122的启动子序列进行分析,发现三个基因的表达可能受到多种植物激素的调控。为了深入了解MYB34,MYB51和MYB122三个基因的空间表达情况以及受激素诱导的表达模式,本研究分别构建了由MYB34,MYB51和MYB122启动子驱动的GUS基因的表达载体,并分别通过农杆菌转化侵染拟南芥获得转基因植株。利用PMYB34::GUS,PMYB51::GUS和PMYB122::GUS三种转基因植株对MYB34,MYB51和MYB122在不同生长发育阶段和受不同激素诱导后的表达模式进行了分析。主要研究结果如下:(1)构建了MYB34,MYB51和MYB122启动子驱动GUS的植物表达载体以pCAMBIA3300 NLS-GUS质粒为基础,分别插入三个目的基因的启动子,通过农杆菌介导转化拟南芥,得到PMYB34::GUS,PMYB51::GUS和PMYB122::GUS转基因株系。(2)MYB34,MYB51和MYB122的空间表达模式幼苗期,MYB34在根、子叶和下胚轴中表达。成熟植株中MYB34主要在根、叶柄、花和角果中表达。幼苗期,MYB51主要在根中表达,MYB51在真叶中表达高于子叶。成熟期MYB51在侧根、叶片、花和角果中表达,其中叶片表达量较高。幼苗期,MYB122主要在叶脉、下胚轴和根中表达。成熟后,MYB122在根、叶片、花和角果中表达。(3)MYB34,MYB51和MYB122响应不同激素的表达模式激素ABA、SA和Me JA诱导MYB34的表达,而ACC和GA的诱导不明显。激素SA和ACC诱导MYB51的表达,而ABA和Me JA能够抑制MYB51的表达。激素SA、GA和Me JA诱导MYB122的表达,而ABA对MYB122的表达有抑制作用。通过对吲哚族芥子油苷合成途径中的三个转录因子的GUS染色结果分析,初步阐明了激素处理下,MYB34,MYB51和MYB122的表达模式。为今后研究吲哚族芥子油苷的调控因子和提高植物的抗病性提供参考数据。
【图文】：

异硫氰酸盐,十字花科植物,肟基,西兰花

Glucosinolate，GS）是一类存在于植物中的特殊的次生子油苷有 200 多种，十字花科植物中能够产生芥子油苷南芥和一些蔬菜作物如甘蓝、西兰花、白菜等，都含有产物具有多种生物活性，其中异硫氰酸盐可以有效地防外，某些芥子油苷的水解产物还具有抗癌症的作用，与了越来越多的人来关注芥子油苷的代谢与调控[7-10]。苷基本结构，Sinigrin 和 Sinalbin 两种芥子油苷的结构首次被阐明现[12]，直到 2014 年，确定了大约 136 种不同结构的芥分为三部分，分别为β-D 硫-葡萄糖基团、硫化肟基团和根据侧链 R 基团的来源不同可以分为以下 3 种类型：亮氨酸和异亮氨酸的脂肪族芥子油苷，来源于色氨酸的酪氨酸芳香族芥子油苷[15, 16]。

降解途径,黑芥子酶

东北农业大学理学硕士学位论文围存在着含有黑芥子酶的细胞[18]。当植物遭受伤害时，芥子油苷与黑芥子酶接生成具有不同生物活性的物质，例如硫代氰酸盐（thiocyanate）、异硫othiocyanate ，， ITC ）、腈类（ nitrile ）或环硫腈（ epithionitrile ）、唑烷zolidine-2-thione）等物质（图 1-2）[19]。目前越来越多的研究表明，十字花科油苷一黑芥子酶系统不仅能够参与调控植物的生长发育，而且还对一些生物与到重要的防御作用[20]。此外，芥子油苷降解产物还能参与调节十字花科植物体内硫的平衡，能够减少缺乏，对植物正常生长发育起着重要的作用[21]。芥子油苷可以储存氮和硫等营物缺乏养分时，可为植物生长发育提供营养物质[22]。芥子油苷水解可产生葡萄内其他化学反应提供能量和原料。其中水解产物ITC可赋予十字花科蔬菜独特作为风味物质、引诱剂等。因此，对芥子油苷代谢机制的研究具有重要的意义
【学位授予单位】：东北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：Q943.2

【参考文献】