苜蓿特有钙调素类蛋白（CML）铁营养功能研究

发布时间：2020-05-19 12:42

【摘要】：黄花苜蓿(Medicago falcata L.)和紫花苜蓿(Medicago sativa L.)是重要的豆科牧草,具有营养物质丰富、粗蛋白质含量高等特点,是优质饲用植物。黄花苜蓿抗逆性强,具有耐旱、耐寒、耐盐碱的优良品质,紫花苜蓿产草量高、适应性强,因此它们是天然的基因资源库。钙调素类蛋白(Calmodulin-like protein,CML)是重要的Ca~(2+)结合蛋白,在细胞信号转导中发挥重要作用,然而黄花苜蓿及紫花苜蓿中有关钙调素类蛋白的研究还鲜有报道。本研究通过转录组测序技术挖掘黄花和紫花苜蓿中钙调素类蛋白基因,对转录组测序数据分析发现12个特有的预测编码钙调素类蛋白基因,运用农杆菌介导的花序浸染法将基因转入野生型拟南芥Col-0基因组中,获得稳定遗传的转基因拟南芥。本研究对黄花苜蓿的两个基因MfCML29和MfCML1在植物生长过程中的生理功能进行探讨,为苜蓿中钙调素类蛋白的相关研究提供参考。本论文主要结果如下:⑴通过Gateway克隆技术连接12个基因到双元表达载体pGWB605和pGWB617上,利用农杆菌介导的花序浸染法将基因转入野生型拟南芥中,在含草铵膦的抗性培养基上筛选获得稳定表达12个基因的转基因株系。⑵对12个蛋白进行生物信息学分析,其中MfCML29和MfCML1生物信息学预测表明均含有一个EF-hand保守结构域。亚细胞定位结果表明,MfCML29和MfCML1蛋白均定位在植物细胞的内质网上。⑶对MfCML29和MfCML1转基因拟南芥在不同矿质阳离子培养基上进行表型分析,结果表明转基因拟南芥在含不同Ca~(2+)、Zn~(2+)、Mg~(2+)、Mn~(2+)浓度的培养基上,幼苗生长表型与野生型拟南芥Col-0相比,均无显著差异,但在不同Fe~(2+)浓度培养基上存在区别,在低铁条件下,MfCML29和MfCML1转基因拟南芥具有抗低铁表型,转基因拟南芥植株叶片大且颜色比Col-0绿,根长、鲜重显著高于Col-0,由此推测黄花苜蓿钙调素类蛋白候选基因MfCML29和MfCML1参与调控植物Fe营养平衡。⑷为了进一步探讨MfCML29转基因拟南芥低铁敏感表型的机制,测量转基因拟南芥和Col-0全苗Fe元素含量,结果发现转基因拟南芥内的铁含量显著高于Col-0,说明MfCML29参与Fe元素的积累。
【图文】：

图案,假说

育中发挥着重要的作用[37-39]。Ca2+参与调节细胞对多种外部和内干旱、盐分、病原体、光线、激素信号[40,41]，植物受到外界刺激内的钙离子浓度会发生变化，对刺激做出相应的生理反应。而有应，目前存在两种不同的假说，分别为钙签假说和钙转换器假说[器假说，该假说观点是，下游产生的特异性反应与钙离子结合蛋转换器主要被分为三类：第一类为钙调蛋白（CaM）和类钙调素钙调素 B 类蛋白（CBL），最后一类是钙依赖型蛋白激酶（CDPK具有至少一个保守的 Ca2+结合结构域 EF-hand ，EF-hand 由 29 个 12 个氨基酸组成转杯结构的螺旋-环-螺旋结构，中间的转杯结构EF-hand 结构域含有 Ca2+结合位点，与 Ca2+结合后构象会发生变目标进行一系列反应[51]，拟南芥中就有 250 个蛋白含有 EF 手单元感器，在无数细胞现象中的作用已得到很好的证明[53,54]，有关于 C的研究也很多，特别是拟南芥中的 CMLS。

功能模式,植物细胞

不同物种 CMLs 表达模式是多种多样的，在植物的生长发育中都发挥着重要的作用[59,67]。目前为止分析的比较透彻的几种 CML 蛋白受到不同的生物/非生物刺激或激素胁迫时会表不同的功能。AtCML8 在经过水杨酸或 NaCl 处理的植物中进行表达[68]。AtCML9 的表达是非生物胁迫和脱落酸诱导的，突变体分析表明，AtCML9 通过对 ABA 介导的通路，在盐胁耐受中发挥作用[69]。AtCML19 的表达在 DNA 受到 uv 损伤时上调，并且推测参与了受损NA 的修复[70,71]。AtCML24 对拟南芥叶片 NO 的产生具有调节作用，敲除植株表现出的症与 NO 产生的病原体的缺乏和过敏反应相同[72]。在植物中，AtCML43 的过表达加速了超敏应，表明其在植物对病原菌的免疫反应中起作用[73]。CML 蛋白也与植物发育有关，tCML37、AtCML38 和 AtCML39 在不同发育时期的刺激下表达水平会发生变化[74]，，而其它MLs 影响发育调控。AtCML20 据称具有调节细胞分裂的功能[75]，而 AtCML42 的敲除植株显示出毛状体形态的变化[76]。然而，对于大多数 CMLs 来说，它们的亚细胞定位和具体功图 1.2 CMLs 在植物细胞中的功能模式[65,66]Fig.1.2 Functional patterns of CMLs in plant cells
【学位授予单位】：内蒙古大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S541

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