小麦褪黑素合成相关基因TaCOMT的克隆及功能分析

发布时间：2020-06-15 00:33

【摘要】：褪黑素是一种与植物生长发育相关,且参与不同逆境胁迫的分子。它广泛存在于植物体内,是一种潜在的活性氧清除剂,可减轻活性氧对细胞的损伤,从而提高植物对逆境胁迫的耐受性。咖啡酸-3-O甲基转移酶(COMT)是一种褪黑素合成相关的酶。本研究从普通小麦中克隆了TaCOMT基因,对其功能结构域、组织表达特异性以及在不同逆境胁迫下的表达情况等进行了分析,并在转基因拟南芥和小麦中对其功能进行鉴定。主要研究结果如下:1.TaCOMT CDS全长1185 bp,编码395个氨基酸。COMT的氨基酸序列分析结果表明,COMT在拟南芥、水稻、小麦中高度保守,尤其在褪黑素合成相关的关键活性位点上。2.组织特异性表达分析结果表明,TaCOMT在茎中表达量最高,根和叶中较低。在小麦中对TaCOMT进行表达模式分析,结果显示TaCOMT对干旱、赤霉素(GA3)、生长素(IAA)以及褪黑素处理响应较为明显,而对ABA无响应。亚细胞定位结果显示TaCOMT的表达产物位于细胞质中。3.用转基因拟南芥进行功能鉴定,结果表明:(1)转基因拟南芥中TaCOMT的上调表达和植株体内褪黑素的含量呈正相关;(2)在甘露醇和PEG模拟干旱处理条件下,转基因株系的鲜重、侧根数、总根长显著大于野生型拟南芥;(3)在土壤干旱处理条件下,TaCOMT过表达株系的抗旱性显著高于野生型拟南芥;(4)在不同浓度的ABA处理条件下,野生型和过表达株系之间表型无明显差异;(5)在GA处理条件下,TaCOMT过表达株系下胚轴显著长于野生型,GA途径相关基因的表达明显上调。4.对转基因小麦进行初步的性状调查和抗旱性鉴定,结果表明:(1)T_1代转基因小麦的株高、穗长等性状和对照相比无显著性差异,而分蘖数显著低于对照;(2)对T_2代转基因小麦进行了抗旱性鉴定,结果表明,转基因小麦的抗旱性显著高于对照品种;(3)干旱处理后,转基因小麦的褪黑素含量显著高于对照,而IAA含量显著低于对照。综上,TaCOMT可提高转基因株系中褪黑素的含量,上调表达干旱胁迫相关基因,并通过ABA非依赖途径提高转基因拟南芥的抗旱性。此外,TaCOMT参与GA途径,说明褪黑素可能与GA共同参与植物的生长发育过程。以上研究结果对褪黑素在农业中的应用有一定的参考价值,可利用转基因手段提高植物体内褪黑素的含量,从而改良植物品种,提高植物对逆境胁迫的耐受性。
【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】：S512.1

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