玉米抗逆相关基因ZmSC1的功能研究

发布时间：2020-09-17 13:10

　　 干旱、盐渍等逆境条件会严重影响玉米的质量和产量。通过筛选抗逆功能基因并进行功能验证为玉米品种的改良提供有效途径。通过诱导表达分析发现玉米中ZmSC1受高盐、干旱等胁迫诱导表达。本研究借助拟南芥突变体及其过表达转基因植株对其进行了功能分析,结果如下:1、序列比对分析获得ZmSC1,CDS序列长426 bp,编码141个氨基酸,蛋白分子质量为15.38 KD,等电点为4.30,具有跨膜结构。2、相对定量分析发现ZmSC1受高盐、干旱、高温、低温及外源ABA诱导表达;组织表达模式分析可知ZmSC1在玉米各组织均有表达,但在茎中表达量最高。3、亚细胞定位分析发现ZmSC1-GFP是膜定位蛋白。4、NaCl处理下,回补株系和突变体相比,其发芽率和根长均增加,且略优于野生型,说明ZmSC1回补了突变体的耐盐性。过表达ZmSC1也提高了拟南芥对高盐的耐受能力,结果显示ZmSC1是一个抗盐相关基因。5、甘露醇处理下,回补株系的发芽率和根长都优于突变体。同样处理下的过表达株系长势优于野生型株系,揭示ZmSC1是一个抗旱相关基因。6、过表达拟南芥在NaCl处理后,抗逆相关基因AtRD29A、AtSOS3、AtSOS2、AtABA1、AtCOR15A、AtADH的表达量明显高于野生型植株。暗示了ZmSC1通过调控上述基因的表达来增强植株的逆境性。7、在ABA处理下,过表达ZmSC1表现出对ABA的敏感性,揭示该基因可能通过参与ABA介导的信号传导通路来提高植物的耐受性。
【学位单位】：安徽农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S513
【部分图文】：

从而出现吸水困难时，体内产生渗透物质来增加渗透势缓解吸水障碍和保水的过程，渗透物质分无机和有机类。无机离子包括 Na+、K+、Cl-、Mg2+、Ca2+等。在植物体内，不同植物的喜好不同，单子叶禾本科植物偏好 K+，如玉米中排 Na+保 K+[41]双子叶植物以 Na+、Cl-调节为主。有机调节物种类繁杂包括醇类、糖类、氨基酸及其衍生物等[42]。醇类和脯氨酸类有更好的亲水性，降低渗透势[43-44]。在胁迫条件下，番茄中的脯氨酸含量增多，缓解胁迫危害，稳定大分子结构，调节细胞内的 PH 值等作用缓解生物量的减小。活性氧的清除，植物体内存在成熟的抗氧化体系，包括酶类和非酶类清除剂，主要有 SOD（超氧化物歧化酶）、APX（抗坏血酸过氧化物酶）、GAT(过氧化氢酶) 和类黄酮、抗坏血酸、VE 等[45-49]。1.2.3 植物抗逆的信号通路Huang GuoTao 等报道了植物的一般应急响应机制如图 1-1，在一般的逆境条件下植物的信号传导路径，当外界高盐干旱等条件刺激下，植物体内的受体感知并将信号继续传递到第二信使来激活相应信号传导通路和调控基因，最终作用于胁迫响应基因来做出相应的防御保护机制[50]。

目前研究较多的信号通路有丝裂原激活蛋白激酶途径（MAPK）、钙依赖型激酶途径（CDPK）和盐敏感通路（SOS），转录因子家族有 WAKY、MYB/MYC、bDREB/CBF 等，胁迫响应基因有保护膜结构和生物大分子类的 LEA（胚胎发育富积蛋白）、Hsp（热激蛋白）、AQP（水通道蛋白）等[51-66]。MAPK 通路本质是磷酸酶的磷酸化级联放大反应，基本成员为 MAPKKMAPKK、MAPK，与之对应的是磷酸激酶，彼此形成共轭体系[53,67]。三级磷酸应的成员在拟南芥中有 20、10、80 个；水稻中对应的成员有 74、8、17 个，番对应的个数为 59、6、14；玉米中对应的个数为：74、6、19[68-73]。在植物体内较多的一类蛋白激酶，其中 MAPKK 的数量相比减少，但是处在级联反应的中间位是信息汇聚和交叉的中心。在拟南芥中 MAPK 通路中基因具有抗逆功能，如 AtM受到低温和高盐的胁迫后激发下游 AtMPK4 接着作用于 WRKY 转录因子[74]。OsMAPK5 在各种胁迫下均有一定的响应[75]。玉米 ZmMKK4 在高盐胁迫下，种发时会储备更多的渗透调剂物质来缓解危害[76]。如图 1-2 中，在拟南芥、玉米、等植物体内受到胁迫时会启动 MAPK 信号通路，进行信号传递并调控机体做出策略。

BA、盐和低温诱导的应激信号；SAD1 是拟南芥中一种类似于或间接调节控制应激相关基因转录的上游信号[89-90]。图 1- 3 非生物胁迫下植物 CDPK 网络示意图Fig.1-3 CDPK signaling network in abiotic stress responses

【参考文献】

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本文编号：2820753