Zm-HINT1基因的克隆及其在非生物胁迫中的功能分析

发布时间：2020-06-09 15:50

【摘要】：作为三大谷物之一,玉米(Zea mays L.)既是主要的粮食作物和饲料作物,同时也是食品、化工、燃料、医药等行业的重要原料,在我国粮食安全和农业经济生产中占据了极其重要的地位。在玉米的生长发育过程中,常会遭受各种非生物的逆境胁迫,导致玉米的正常生长发育受到严重影响,并造成了玉米的减产乃至绝收。非生物胁迫包括盐、高温、干旱、冷害和重金属污染等,是影响玉米产量和质量的重要因素之一,进行玉米的抗逆相关研究,挖掘抗逆相关基因并加以利用,是提高玉米适应逆境能力的有效途径之一,也是现代育种亟待解决的问题。本研究在前期蛋白质组学研究基础上,对其中一个差异表达的蛋白质玉米组氨酸三聚体核苷结合蛋白Zm-HINT1进行了重点研究,初步探讨了Zm-HINT1基因在抗逆反应中的作用,对玉米的抗逆研究奠定了一定的数据支持,并进一步对玉米的抗逆育种提供了一定的理论基础。本文主要的研究内容如下:1、利用同源克隆技术,对Zm-HINT1进行基因克隆,获得了一段729bp的cDNA序列,氨基酸序列分析表明:该蛋白编码了129个氨基酸序列,预测相对分子质量为14.23KD,等电点是5.99;研究发现Zm-HINT1的氨基酸序列与哺乳动物HINT1高度同源,具有HIT家族的保守结构域,包括HIT基序,a螺旋和β折叠,属于HIT家族的HINT1组;遗传进化分析结果表明,Zm-HINT1与秀丽隐杆线虫HINT1蛋白亲缘关系最近,位于同一个进化分枝上;进一步通过PCR技术,研究了Zm-HINT1在不同玉米组织间的表达规律,发现Zm-HINT1在根,茎,叶和胚中均有表达,但不在种皮中表达。2、利用实时荧光定量PCR(Real-time PCR)技术,初步研究了Zm-HINT1在盐、高温、水杨酸(SA)、聚乙二醇(PEG)、干旱等非生物胁迫下的表达模式。结果表明,在高盐胁迫后,Zm-HINT1的表达量显著下降;高温处理后,Zm-HINT1表达量先上调表达,随后持续下调表达;SA处理后,诱导Zm-HINT1的上调表达;而在干旱胁迫和PEG处理下,Zm-HINT1基因的表达量呈上调表达趋势。上述结果暗示我们,Zm-HINT1在玉米抵抗非生物胁迫中扮演着重要作用。3、利用DNA重组技术,将Zm-HINT1基因与pCAMBIA1304载体重组,成功构建了带有GFP的融合表达载体pCAMBIA1304-Zm-HINT1-GFP,利用洋葱表皮瞬时表达实验对Zm-HINT1基因进行了亚细胞定位研究,结果显示Zm-HINT1是一个核定位蛋白。4、利用基因重组技术构建了过表达载体pCAMBIA1304-ZmHINT1-2,使用农杆菌介导法将其导入模式作物拟南芥中稳定表达,并对T_3代转基因拟南芥进行了高盐、高温、干旱处理。通过表型分析,其结果显示过表达Zm-HINT1的转基因株系在高温、干旱处理后,存活率均高于转空载体、野生型拟南芥株系。此外,利用脯氨酸的含量作为生理指标,测定其在高温、干旱胁迫下的积累变化,发现高温、干旱处理后,过表达Zm-HINT1的转基因株系中脯氨酸的含量显著高于转空载体、野生型拟南芥株系,结果表明,Zm-HINT1可能通过诱导脯氨酸的积累,进而调节渗透平衡来提高植物的抗高温性和抗干旱性。
【图文】：

玉米种植,布图,面积分,黄淮海

在我国粮食安全和农业经济生产展中具有极其重要的作用。近年来，由于生技术的飞速发展，我国在玉米生产过程中取得了显著成果。据报道近 6 年来，玉米种稳定在 3500 万公顷以上，，位于作物之首。在我国玉米产量可占据粗粮产量的 90%泛分布在大约 24 个省、市、自治区中（文金花，2016），其主要集中在东北经黄淮海延伸的广阔地区，包括北方春玉米区、黄淮海夏玉米区及西南山玉米区（图 1-1）。

信号网络,简化模型,途径,复杂响应

以适应和阻止逆境的进一步威胁。在植物对非生物胁迫的复杂响应过程中，涉及了不同分子途径的相互作用（Grant et al.,2011）（图1-2）。研究报道，在植物对非生物胁迫的响应过程中，最开始是对活性氧(reactiveoxygen species, ROS）和活性氮(reactive nitrogen species, RNS)的诱导，主要功能是进行基因调控和酶活性的修饰。此外，结合基因功能研究分析，发现了转录因子(包括MYB 和AP2/ERF等家族)在植物抗逆过程中起着重要作用。研究报道，植物对非生物胁迫的主要两个响应途径为脱落酸（Abscisic acid,ABA）途径和乙烯(Ethylene, ET)途径(Goda et al., 2008)。4
【学位授予单位】：河南农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S513;Q943.2

【参考文献】