谷子SiWLIM2b基因提高水稻抗旱及耐低氮胁迫的功能研究

发布时间：2020-06-14 05:30

【摘要】：谷子(Setaria italica L.)起源于我国,具有抗旱、耐贫瘠的特点。谷子基因组小,随着谷子基因组的发布,谷子已经成为研究单子叶作物抗逆性的理想材料。然而,目前谷子功能基因研究刚刚起步,谷子特有的抗逆调控机制仍然了解很少。开展谷子抗逆功能基因组研究将为单子叶作物抗逆分子育种研究提供新的思路。本实验室前期通过对低氮和干旱处理的谷子幼苗进行了转录组测序,鉴定出了一个在低氮胁迫处理下上调、干旱胁迫下调的谷子基因SiWLIM2b,SiWLIM2b来自于LIM(Mec-3,Lin-11,Isl-1)基因家族。通过生物信息学的方法对谷子基因组中LIM基因家族进行分析,共鉴定10个谷子LIM家族基因,并对该家族基因的特性及表达谱进行分析。为了进一步研究谷子SiWLIM2b基因的功能,将SiWLIM2b基因转化水稻,鉴定转SiWLIM2b基因水稻的抗逆性。取得的试验结果如下:1.对谷子基因组进行比对共鉴定到10个LIM家族基因,进化树分析表明LIM基因家族的分化是在单子叶和双子叶植物分化之后形成的。基因染色体分布结果表明,谷子LIM基因家族的形成发生在谷子染色体复制事件之后。表达谱分析表明,谷子LIM家族基因受到多种非生物胁迫及外源激素诱导表达。2.谷子SiWLIM2b基因全长600 bp,编码199个氨基酸,相对分子量22.02 kD,预测的等电点为8.98。亚细胞定位分析表明,谷子SiWLIM2b蛋白聚集在细胞质及细胞核中。组织特异性表达分析表明,SiWLIM2b基因在根中表达量最高。3.在干旱处理下,转SiWLIM2b基因水稻生长情况明显优于受体水稻,其叶片MDA含量明显低于受体水稻,叶绿素含量及脯氨酸含量显著高于受体水稻,并且木质素含量较受体水稻降低,类黄酮含量高于受体水稻。过表达SiWLIM2b基因影响了转基因水稻中苯丙烷途径相关基因的表达,双萤光素酶报告实验结果表明,谷子SiWLIM2b基因可以直接结合苯丙烷途径相关下游基因包括CAD、PAL、CCR2、4CL2的启动子区域。这些实验结果表明,SiWLIM2b基因通过影响苯丙烷次级代谢途径,从而增强转基因水稻抗旱性。4.低氮处理下,转SiWLIM2b基因水稻生长情况明显优于受体水稻。转基因水稻体内氨同化途径的关键酶谷氨酰胺还原酶含量较受体水稻有明显上调。这些试验结果表明,SiWLIM2b基因通过增强氨同化作用从而在低氮胁迫过程中发挥作用。这些研究结果为进一步解析谷子基因SiWLIM2b的抗逆机理奠定了基础,同时为作物的抗逆遗传改良提供了新的候选基因。 【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S515;S511

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