铝胁迫下大豆三个UDP-糖基转移酶基因的功能分析

发布时间：2020-06-01 02:21

【摘要】：铝(Aluminum,Al)毒是酸性土壤上限制作物生产的最大因素之一。细胞壁是植物感知铝毒害的第一屏障,也是累积铝的重要部位。植物细胞壁的基础结构以及多糖构成与铝毒及抗铝的发生紧密相关。尿苷二磷酸葡萄糖基转移酶(UDP-Glucosetransferase,UGTA)广泛存在于植物体中,主要负责将糖基从活化的供体分子移动到接受体上,直接参与多糖、二糖的生物合成。根据前期研究发现,铝胁迫下大豆根系UGTA基因转录表达上调,据此,本研究旨在研究UGTA是否能够调控细胞壁多糖的结构或组分从而影响铝毒的发生。本研究以大豆耐铝品种吉育70作为实验材料,利用前期大豆根尖转录谱中发现的响应于铝胁迫的UGTA基因信息,从大豆基因组中筛选得到三个基因(Glyma.13G090300,Glyma.11G000500和Glyma.08G244700),分别命名为Gm UGTA1,Gm UGTA2和Gm UGTA3,利用生物信息学分析、表达模式分析以及超表达于大豆发根后的细胞壁部分糖类分析解析三个UGTA基因的功能以及与铝毒的关系。具体研究结果如下。1.利用实时荧光定量PCR实验,发现Gm UGTA1(Glyma.13G090300),Gm UGTA2(Glyma.11G000500)和Gm UGTA3(Glyma.08G244700)基因都对铝有一定的响应。在铝处理的24小时内,Gm UGTA1的转录峰度变化不大,只在4小时时有约3倍的提高化。Gm UGTA2和Gm UGTA3的转录丰度从12小时提高,前者在24小时约为18倍,后者则达到27倍。2.将携带UGTA基因的植物表达载体p EGAD-3XHA-LUC,利用发根农杆菌K599转化至大豆发根中。通过LUC标签检验,得到超表达的发根。然后通过LC-MS代谢组学初步分析,发现木糖、葡萄糖等糖类改变最为显著。因此对大豆发根细胞壁进行提取,对细胞壁多糖和木糖、木质素、葡萄糖含量等糖类含量测定。结果表明,无铝处理条件下,Gm UGTA1-OE和Gm UGTA2-OE的细胞壁多糖、胼胝质、木糖含量改变较显著,木质素含量改变不显著,葡萄糖含量与野生型相比明显下降;Gm UGTA3-OE的细胞壁多糖、胼胝质含量改变较显著,但与WT发根相比,其木糖、葡萄糖含量有显著下降,木质素含量改变不显著。有铝处理条件下,Gm UGTA1-OE和Gm UGTA3-OE的细胞壁多糖、胼胝质含量进一步提高,木糖、木质素含量改变不大,葡萄糖含量与野生型相比明显下降;Gm UGTA2-OE的细胞壁多糖、胼胝质、木糖、木质素含量改变不大,葡萄糖含量与野生型相比明显下降。
【图文】：

模式图,植物细胞壁,合成模,核苷酸

通过提高了转基因植物的抗性来尽可能降低影响。由此可见，UGT解除植物内外源毒素同样发挥了重要作用。近些年来，对于植物细胞壁中糖基转移酶的研究越来越多、越来越全面。物中一些核苷酸底物合成的途径已经被证实，图 1.1 所示是植物细胞壁部糖的核苷酸底物的合成模式图。由图所示，葡萄糖-1-P（Glc-1-P）在 UDP糖焦磷酸化酶（UDP-Glu-pyrophosphorylase）的催化下能够合成 UDP-葡萄UDP-D-Glc），而 UDP-D-葡萄糖（UDP-D-Glc）随后能在 UDP-葡萄糖-4-异（UDP-Glc-4-epimerase）的作用下形成 UDP-D-半乳糖（UDP-D-Gal），而的代谢可以导致花粉管中 UDP-葡萄糖醛酸（UDP-GlcA），UDP-木糖DP-Xyl）和 UDP-阿拉伯糖（UDP-Ara）的生成（Bacic 等，1994），这些最终能够形成一张种类丰富、相互关联的多糖网络（Wakabayashi 等，9）；

结构图,植物表达载体,结构图,载体

图 2.1 植物表达载体 pCAMBIA3301 结构图Fig. 2.1 The structure of plant expression vector pCAMBI33012.2.5.5 载体与目的基因的连接将已经先行化的载体和回收得到的目的基因用 Infusion 酶进行连接，连接体系如下：体系体积5x InFusion HD Enzyme Premix目的基因线性化载体0.5μl1μl1μl离心混匀后，，金属浴 50℃连接 3h，接下来可转化大肠杆菌。2.2.5.6 连接产物转化大肠杆菌实验中使用的大肠杆菌感受态 DH5α，采用热激法进行转化，转化步骤中涉
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S565.1

【参考文献】