植物抗逆基因GmCBL1，GmPK12和AtBSK5的分离与功能分析

发布时间：2017-03-30 20:07

  本文关键词：植物抗逆基因GmCBL1，GmPK12和AtBSK5的分离与功能分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：植物的生长发育与所在环境紧密相关,各种环境因素直接影响着植物的生长发育,这些因素如高盐、干旱、高温、冻害等。这些不利的环境条件严重影响了我国的农作物生长和农业生产。为了应对和适应这些不利的环境条件,植物内部自我进化发展形成了一系列的防御体系和应对措施,这其中有许多非生物胁迫应答基因的参与这一系列过程的调控。随着基因组测序技术和基因功能研究方法的不断发展和完善,许多与生物胁迫相关的基因逐步被人们所发现。例如有多个高盐,干旱和低温等逆境胁迫应答基因在非生物胁迫中行使的功能并已经被鉴定了他们在非生物胁迫中行使的功能,还将他们应用到作物改良中并取得了一定的成果并将他们应用到作物改良中,但仍有很多非生物胁迫相关的基因需要进行克隆鉴定。本研究主要内容是从大豆、拟南芥中分离两个蛋白激酶和一个大豆类钙调磷酸酶B亚基蛋白基因(Calcineurin B-like protein, CBL),以及用不同的遗传学方法分析了它们在响应逆境胁迫、调节植物生长发育等方面的功能。 1,CBL基因家族广泛地参与植物非生物胁迫信号的应答,它们在多种植物中被克隆和报道,但在大豆中这类基因的研究尚未有报道。本研究克隆了大豆类钙调磷酸酶B亚基蛋白基因GmCBL1,研究表明,GmCBL1受到多种非生物胁迫和植物激素的诱导表达。GmCBL1氨基酸结构包含保守的豆蔻酰化位点和四个EF手型结构,同源比较显示它与拟南芥中AtCBL1同源性最高。亚细胞定位显示该基因定位在细胞膜上。过表达GmCBL1显著提高了转基因拟南芥的多种抗性,包括耐盐性和抗旱性。分子生物学分析表明GmCBL1过表达显著上调了多个非生物胁迫应答基因的表达。此外,过表达GmCBL1还促进了在光照条件下拟南芥下胚轴的伸长。进一步分析显不,GmCBL1的过表达提高了赤霉素合成相关基因的表达,表明GmCBL1可能参与了赤霉素和光介导的下胚轴的生长发育信号途径。 2,本研究克隆了一个大豆蛋白激酶基因GmPK12,氨基酸序列分析显示该基因编码一个典型的蛋白激酶。它的表达受多种非生物胁迫和植物激素的诱导,用GmPK12-GFP融合蛋白将GmPK12定位在拟南芥叶片原生质体的质膜和细胞核中,GmPK12的启动子驱动β-葡糖醛酸酶基因(GUS)的表达主要分布在拟南芥植株的根尖分生组织、茎维管束系统、叶脉等。过表达GmPK12显著提高了转基因拟南芥和烟草的多种非生物胁迫抗性,包括耐盐性,抗寒性等；另外也提高了转基因植物种子的萌发能力。此外,过表达该基因也显著提高了小麦的抗逆性。分子生物学实验检测分析表明GmPK12过表达显著上调了多个非生物胁迫应答基因的表达。 3,本研究分析了拟南芥中一个与植物抗逆相关的蛋白激酶AtBSK5,是油菜素内酯信号通路的成分之一。与GmPK12不一样的是,AtBSK5定位在植物细胞的细胞膜上,在细胞核内未观察到有它的表达。研究表明AtBSK5也受到多种非生物胁迫和植物激素的诱导表达。反向遗传学实验研究表明,AtBSK5突变造成了种子萌发和后期生长发育对盐和ABA都非常敏感。AtBSK5的突变引起的盐敏感有相当一部分是源于体内ABA合成上调,同时分子生物学研究表明AtBSK5的突变引起了多个ABA合成基因的表达变化。 本研究克隆三个来自大豆和拟南芥中与逆境胁迫相关的基因,并分析了它们的生物学功能,这些研究结果可能为改善作物耐盐、抗旱性、耐低温等植物抗性提供基因资源和理论依据。
【关键词】：拟南芥 大豆 蛋白激酶 类钙调磷酸酶B亚基蛋白 非生物胁迫 信号应答 生长发育
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：Q943.2
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-31
• 1.1 植物基因功能的研究方法概述10-16
• 1.2 植物抗逆机理研究进展16-22
• 1.3 钙信使在植物适应非生物逆境中的作用22-25
• 1.4 植物蛋白激酶的研究进展25-29
• 1.5 本实验研究的目的意义和技术线路29-31
• 2 大豆GmCBL1基因的分离和功能分析31-59
• 2.1 实验材料31
• 2.2 实验方法和步骤31-46
• 2.3 结果与分析46-56
• 2.4 讨论56-59
• 3 大豆蛋白激酶基因GmPK12的分离和功能分析59-97
• 3.1 实验材料59-60
• 3.2 实验方法和步骤60-73
• 3.3 结果与分析73-93
• 3.4 讨论93-97
• 4 拟南芥蛋白激酶基因AtBSK5的分离和功能分析97-112
• 4.1 实验材料97
• 4.2 实验方法和步骤97-101
• 4.3 结果和分析101-109
• 4.4 讨论109-112
• 5 总结和展望112-115
• 5.1 全文总结112-113
• 5.2 有待继续开展的工作113-115
• 致谢115-116
• 参考文献116-128
• 附录一 博士期间发表和待发表的论文128-129
• 附录二 小麦愈伤组织诱导培养基配方129-130
• 附录三 酵母转化所需溶液配方130

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