黄瓜耐镉相关基因CsNRSP的克隆及功能分析

发布时间：2020-03-24 05:21

【摘要】：黄瓜(Cucumis sativus L.)是设施蔬菜种植当中不可缺少的经济作物之一。近些年,随着现代工农业的迅速发展,温室大棚内含重金属的肥料、农药等的常年使用,黄瓜等蔬菜作物容易受到重金属的污染。镉(Cd)是重金属污染中最为严重的元素之一,它通过食物链进入生态系统后直接威胁人们的健康。因此,深入研究黄瓜耐Cd机制,加强耐Cd品种的选育,提高其抗逆性,对保证食品安全具有重要的意义。为了研究黄瓜耐Cd分子机制,本研究结合生物信息学分析获得了一个SDR家族基因CsNRSP。对其进行克隆和表达分析,结合转基因等技术,从生理和分子生物学角度对CsNRSP进行功能分析,初步阐述黄瓜耐Cd生理与分子机制,为进一步将该基因用于黄瓜耐Cd品种的改良与选育提供试验基础。主要研究结果如下:(1)本研究前期查阅了拟南芥等模式作物的相关文献,对Cd胁迫相关转录组中的基因进行分析,以生物信息学为方法,以文献中基因的表达模式和与黄瓜同源基因的比对结果为依据,对可能的黄瓜耐Cd基因进行严格筛选,同时确保该基因在Cd等重金属的有关功能尚且未知,初步确定了拟南芥中AtNRSP在黄瓜中的同源基因作为研究对象。然后利用DNAMAN软件,对CsNRSP和AtNRSP的氨基酸序列进行了比对分析,同源性为72%,序列的相似性可推断功能也具有一定的相似性。通过qRT-PCR分析发现,与对照相比,CsNRSP在Cd胁迫条件下表达量明显上调(4.45倍)。最终确定了AtNRSP在黄瓜中的同源基因CsNRSP作为试验研究对象。该基因为一个新的Cd胁迫诱导表达基因。(2)该基因CDS序列全长为822 bp,编码273个氨基酸,编码蛋白质分子量为29.02 kD,理论等电点为5.86,不稳定系数为91.79,平均亲水系数为0.016。系统进化分析表明,CsNRSP与印度南瓜、桃、甜橙等12种植物NRSP蛋白有73%-93%的同源性,其中与甜瓜的蛋白同源性最高,为93%。(3)构建植物过量表达载体,通过根癌农杆菌介导法将表达载体转化入野生型拟南芥,经筛选获得了3个阳性转基因株系,分别对其进行-Cd和50μM Cd处理,对相关指标进行检测和鉴定。结果显示,Cd处理使得野生型根长显著减少;而转基因植株根长受Cd影响不大,其根长均大于对照。而在正常Cd处理条件下,转基因植株根长与野生型长度没有显著差异。此外,Cd胁迫下野生型鲜重明显降低,但过表达株系鲜重变化不大。(4)为探究CsNRSP在Cd胁迫下对植株光合作用的响应,本研究对叶绿素含量进行了检测,结果表明:在无Cd的MS培养基上,野生型和转基因拟南芥株系的叶绿素含量基本一致,在含有50μM Cd的MS培养基上其含量都显著减少,但转基因拟南芥株系的含量高于野生型。接着我们探究转基因株系和野生型抗氧化酶活性变化,检测其相关指标,结果表明:在正常MS培养基上,野生型和转基因拟南芥株系的过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)活性基本一致,但是转基因拟南芥株系酶的活性明显高于野生型。(5)此外,Cd胁迫下转基因株系中的Cd相关基因AtHMA4、AtMGT1、AtATM3和AtDWF4表达水平明显高于野生型。这说明CsNRSP转基因株系表现出的Cd耐受性可能由于这些基因编码的蛋白质的协同工作。上述结果表明CsNRSP过量表达能够提高拟南芥的耐Cd能力。(6)通过侵染黄瓜子叶节完成了黄瓜遗传转化,成功获得黄瓜转基因植株,为下一步利用转基因技术培育黄瓜耐Cd新品种奠定了基础。
【图文】：

技术路线

M：2K DNA Marker；1：CsNRSP 基因M：Marker 2K；1：CsNRSP gene图 3-3 CsNRSP 基因编码区 PCR 产物3 PCR results from coding regions of CsN分析
【学位授予单位】：东北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S642.2

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 周航;王京文;徐文;;设施黄瓜施用钾肥效果试验[J];杭州农业科技;2007年01期

2 周莹;常雪艳;杜爽;刘何;;津产黄瓜品种在山东地区种植及生产现状[J];天津农林科技;2018年03期

3 ;为什么黄瓜有时会变苦[J];新农村;2018年08期

4 曹华;;传统黄瓜品种——北京刺瓜[J];蔬菜;2017年05期

5 高金霞;;黄瓜生产栽培技术[J];农业知识;2017年11期

6 农影;;白黄瓜俏销市场[J];致富天地;2017年05期

7 谭江平;;7个黄瓜品种露地栽培品比试验[J];长江蔬菜;2014年16期

8 张燕;刘朝勇;芮正波;;6个早熟黄瓜品种的比较[J];农技服务;2008年01期

9 李晓丽;冯志红;闫立英;;几个黄瓜品种(系)耐低温性比较[J];种子;2008年09期

10 刘晓虹;周书栋;;干热处理对不同黄瓜品种发芽率的影响[J];湖南农业科学;2008年05期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 程奕;孟兆芳;李淑菊;张玺;霍振荣;庞金安;马德华;;不同黄瓜品种养分吸收特性的研究[A];纪念天津科润黄瓜研究所建所二十五周年论文摘要集（2001—2010）[C];2010年

2 张文珠;王疆;李加旺;宋洪有;刘玉全;;津优31号黄瓜品种特性及栽培技术[A];纪念天津科润黄瓜研究所建所二十五周年论文摘要集（2001—2010）[C];2010年

3 张亚平;胥爱玲;;黄瓜品种间抗病性与叶绿素含量的关系及其遗传性[A];中国园艺学会首届青年学术讨论会论文集[C];1994年

4 周秀艳;秦智伟;;黄瓜品种资源商品性的评价[A];中国园艺学会第十届会员代表大会暨学术讨论会论文集[C];2005年

5 王鲜;廖金铃;卓侃;;黄瓜品种对爪哇根结线虫的抗性鉴定[A];中国植物病理学会2008年学术年会论文集[C];2008年

6 刘春香;何启伟;赵智中;;脂肪酸组成比例对黄瓜特征风味的影响[A];全国蔬菜遗传育种学术讨论会论文集[C];2002年

7 赵群法;刘勇鹏;石圆圆;马亚茹;郑小兰;王瑞娇;张涛;孙治强;;光伏温室栽培黄瓜效应研究[A];第六届全国设施园艺产业发展与安全高效栽培技术交流会论文汇编[C];2017年

8 郭鹏博;吉雪花;杨曦;;基于同工酶技术的黄瓜品种差异研究[A];全国农用塑料设施大棚、温室栽培技术交流会专家报告、交流论文汇编[C];2015年

9 马明贺;钱志红;刘建业;;艾可收~汶系列大量元素水溶肥料在黄瓜上的试验研究[A];第三届全国农用塑料设施大棚、温室栽培技术交流会交流材料汇编[C];2017年

10 袁高雅;沈佳;赵宇;王星;张璐;李季;陈劲枫;;黄瓜单链DNA结合蛋白基因CsWHY1的克隆及表达分析[A];中国园艺学会第八届黄瓜学术研讨会暨新品种展示观摩活动会议手册[C];2018年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 经济日报·中国经济网记者 常理;一根黄瓜为何获得两项大奖[N];经济日报;2019年

2 本报记者 李晨;一根黄瓜也能“顶天立地”[N];中国科学报;2019年

3 本报记者 王泽农;把黄瓜的苦味“开关”关上[N];农民日报;2019年

4 本报记者 蒋建科;研究一根黄瓜 摘获两项大奖[N];人民日报;2019年

5 无极县农技推广中心 秦艳;谨防黄瓜生理性萎蔫[N];河北科技报;2017年

6 记者 赵红梅;一根黄瓜的供给侧改革[N];河北日报;2018年

7 本报记者 陈墨;苦黄瓜寻根记[N];中国青年报;2014年

8 山东省夏津县蔬菜局 王德明 邵红梅 高绍英;巧种越夏黄瓜效益高[N];河北科技报;2018年

9 山东省夏津县蔬菜局 王德明;巧种越夏黄瓜效益高[N];河北科技报;2017年

10 ;巧种越夏黄瓜效益高[N];山西科技报;2017年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 蒋励;黄瓜CsFUL基因调控果实发育的分子机理研究[D];中国农业大学;2015年

2 张海洋;黄瓜稀刺基因的定位、克隆及功能分析[D];山东农业大学;2016年

3 丁国华;黄瓜抗病基因同源序列的克隆及其对霜霉病抗病基因标记的研究[D];东北农业大学;2004年

4 黄黎锋;油菜素内酯在调节黄瓜光合作用和抗氧化系统中的作用[D];浙江大学;2005年

5 王国泽;磷脂酶D感应和接受低温胁迫的功能及在黄瓜冷害中的作用[D];浙江大学;2006年

6 宋兴舜;黄瓜、番茄叶片细胞器中活性氧代谢系统对逆境的响应机制[D];浙江大学;2006年

7 陈惠明;黄瓜性别决定基因遗传规律、分子标记及应用[D];湖南农业大学;2006年

8 逯明辉;黄瓜耐冷生理机制、分子标记及相关基因分离的研究[D];南京农业大学;2005年

9 曹清河;黄瓜抗霜霉病异源易位系选育、相关基础研究及育种应用[D];南京农业大学;2006年

10 罗向东;栽培黄瓜（Cucumis sativus L.）与酸黄瓜（C. hystrix Chakr.）的种间杂种及异染色体系的创制与评价[D];南京农业大学;2006年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 王超;黄瓜少果刺突变体及候选基因初步鉴定[D];东北农业大学;2018年

2 李慧园;黄瓜耐镉相关基因CsNRSP的克隆及功能分析[D];东北农业大学;2018年

3 王奕童;黄瓜CsCBS克隆及抗棒孢叶斑病和霜霉病功能验证[D];东北农业大学;2018年

4 易建群;水分处理对黄瓜生理、品质及苦味相关基因表达的影响[D];安徽农业大学;2017年

5 赵金凤;黄瓜耐铜相关基因CsLecRK克隆及功能分析[D];东北农业大学;2018年

6 栾倩倩;黄瓜CsWRKY50基因的克隆与功能研究[D];山东农业大学;2018年

7 姚佳丽;黄瓜CsNMAPK和CsPLDα基因对盐胁迫的响应机制研究[D];山东农业大学;2018年

8 陈敏炀;黄瓜抗蚜虫相关蛋白鉴定及功能分析[D];扬州大学;2018年

9 燕亚莉;黄瓜白粉病抗性蛋白鉴定[D];扬州大学;2018年

10 李琳;‘南水2号’黄瓜嫁接砧木筛选与愈合期湿度控制装置研究[D];南京农业大学;2016年

，

本文编号：2597862