平邑甜茶肌醇加氧酶基因的表达及功能研究

发布时间：2020-04-28 05:23

【摘要】：土壤盐渍化是目前制约农林业生产的全球性问题,干旱、盐碱等非生物逆境会对植物的生长代谢造成影响。经过长期进化,植物可以通过各种渗透调节、抗氧化调节等机制来抵御这些非生物胁迫。研究发现,肌醇(myo-inositol,MI)在植物抗逆过程中发挥着重要作用,在肌醇代谢过程中,肌醇-1-磷酸合酶(Myo-inositol-1-phosphate synthase,MIPS)是肌醇合成过程的限速酶,而肌醇加氧酶(Myo-inositol oxygenase,MIOX)则在催化肌醇分解的过程中起到了关键酶的作用。目前,关于肌醇代谢关键酶的研究大多是以拟南芥等草本植物为研究对象进行研究的,但是关于木本植物肌醇代谢关键酶基因的研究报道还比较少。挖掘苹果砧木平邑甜茶MIOX基因并进行功能研究,不但具有重要的理论意义,而且具有广泛的应用价值,可以为植物抗逆转基因研究提供潜在的有效候选基因。本研究从平邑甜茶中克隆到一个MIOX基因,命名为MhMIOX1,并对其编码的氨基酸序列进行了比对,对其表达模式及其功能等进行了分析。主要研究工作与结果如下:1、从平邑甜茶中分离得到一个编码MIOX的基因序列,命名为MhMIOX1。MhMIOX1编码333个氨基酸,平邑甜茶MIOX基因编码的氨基酸序列与其他物种的MIOX基因编码的氨基酸序列同源性和木本植物中的桃最高,相似度达90%以上。2、我们对平邑甜茶组培苗分别用NaCl、PEG、ABA处理,利用RT-PCR技术分析MhMIOX1基因对这三种非生物逆境胁迫的响应,结果显示,3种胁迫处理均会引起MhMIOX1的表达上调,由此可以推测,MhMIOX1基因可能在植物对抗非生物胁迫响应中发挥重要作用。3、为了验证MhMIOX1基因在参与盐胁迫响应中的作用,我们首先利用草本模式植物拟南芥对其进行功能分析。结果显示,过量表达的MhMIOX1基因能够提高草本植物拟南芥在盐胁迫处理下的萌发率、根长及长势。进一步将MhMIOX1基因转化木本模式植物山新杨,在盐胁迫处理下,转MhMIOX1基因拟南芥和山新杨的长势均明显优于野生型。以上结果表明,MhMIOX1基因过表达一定程度上可以提高植物对盐胁迫的耐受性。4、为了更好地说明MhMIOX1基因的功能,我们利用遗传转化获得的转MhMIOX1基因山新杨,在不同浓度的盐胁迫下进行处理,结果显示,转MhMIOX1基因山新杨的长势均明显优于野生型,说明转MhMIOX1基因山新杨比野生型山新杨有更好的耐盐性。我们进一步研究了MhMIOX1基因过表达对转基因山新杨活性氧的积累量及抗氧化酶活性的影响。结果表明,野生型和转MhMIOX1基因山新杨在不同浓度盐胁迫下H_2O_2和MDA的积累量均随盐浓度的升高而升高,但在相同NaCl水平下,转MhMIOX1基因山新杨H_2O_2和MDA的积累量均显著低于野生型,而过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)等抗氧化酶的活性都明显高于野生型山新杨。由此说明过表达的MhMIOX1基因能够通过某种机制来增强抗氧化酶的活性,降低活性氧的含量,减轻活性氧对细胞膜的伤害,从而提高了植物的抗逆性。
【图文】：

肌醇,代谢途径,和分解

图 1.1 肌醇的合成和分解代谢途径（引自[4]）Fig1.1 Synthetic and catabolic pathways of inositol(Quot醇衍生物及其作用衍生物在肌醇代谢中起到了重要作用[65]，肌醇一般种方式参与细胞的代谢。肌醇的六碳环具有一个轴将焦磷酸基团的多种组合连接到每个羟基部分，产步将脂质头部基团掺入这些衍生物。迄今为止，已中鉴定了超过 37 种不同的肌醇衍生物，肌醇衍生的大分子家族，它们以脂质和水溶性化合物的形式各种生物反应中起到了重要的作用[67]。磷脂酰肌醇衍生物酰肌醇( Phosphatidyl inositol)主要由两部分组成的另一种是肌醇。它对于细胞中的细胞形态、细胞信功能都起着非常重要的作用。磷脂酰肌醇合成酶（

植物,磷脂酰肌醇,二磷酸,肌醇

证据证明磷脂酰肌醇（3,4,5）-三磷酸盐在植物体内能够形成。磷脂酰肌醇及其多种磷酸化异构体可以渗透亲水和疏水环境，使它们成为细胞内和细胞间穿过的良好信使，从而协调细胞生长[71-72]。研究发现，植物中磷脂酰肌醇和肌醇是通过特定脂质激酶、磷酸酶和磷脂酶的混合物的作用进行连续修饰[73]，以这种方式调节多种细胞功能[71-72]。最特别的磷脂酰肌醇信号传导功能是由磷脂酶 C（PLC）水解磷脂酰肌醇 4,5-二磷酸（图 2A）来调节的，其是作为产生肌醇的前体物质发挥作用，其中（1,4,5）-三磷酸盐（InsP3 形式之一）和二酰基甘油（DAG）能够作为第二信使[73-76]参与其中的反应。研究表明，磷脂酰肌醇 4,5-二磷酸可以调节 K+流出通道和气孔开放，渗透胁迫和盐度增加可以提高磷脂酰肌醇 4,5-二磷酸的水平[77-78]，然而，植物中不同的磷脂酰肌醇 4,5-二磷酸以不同的方式来响应压力，这种差异可能与脂肪酰链的组成有关。此外，，磷脂酰肌醇 4,5-二磷酸还可以参与细胞中膜运输，在拟南芥、烟草等植物中参与根毛向花粉管递送所需的营养物质的运输[79-80]。磷脂酰肌醇 4,5-二磷酸除了作为第二信使和肌醇三磷酸的前体之外，还可以参与到植物细胞生命活动的各个方面。
【学位授予单位】：鲁东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S156.4;Q943.2

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