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铝胁迫下甜高粱转录因子SbSTOP1对β-1,3-葡聚糖酶基因SbGlu1的转录调控机制

发布时间:2020-08-06 08:07
【摘要】:在酸性土壤中,铝(Al)毒害严重限制作物产量。当pH值低于5时,土壤中的Al由固相溶出,以3价Al离子(Al~(3+))的形态存在于根际土壤溶液中。土壤溶液中极微量的Al~(3+)即可在较短时间内影响植物根系的伸长,从而影响植物正常的生理代谢。研究发现,Al诱导植物根尖胼胝质积累不仅是Al毒害指标,亦是一种Al毒害机制。胼胝质的降解受β-1,3-葡聚糖酶催化调控。SbGlu1基因编码甜高粱β-1,3-葡聚糖酶I,在甜高粱耐Al机制中发挥重要作用,但其调控机制尚不清楚。拟南芥AtSTOP1和水稻OsART1为两个锌指转录因子,可以分别调控拟南芥和水稻中多个Al响应相关基因的表达,在提高拟南芥和水稻耐Al性中发挥至关重要的作用。它们在甜高粱中的同源蛋白SbSTOP1已经被鉴定并进行了功能验证。本试验以甜高粱(Sorghum bicolor L.,品种名:POTCHETSTRM,POT)及拟南芥(Arabidopsis thaliana)为材料,通过转录调控以及转基因拟南芥中β-1,3-葡聚糖酶的表达模式分析、胼胝质含量测定等实验,发现甜高粱SbSTOP1可能通过结合SbGlu1启动子上的特定区域,调控SbGlu1的表达,促进β-1,3-葡聚糖酶催化胼胝质降解,从而提高植物耐Al性。具体结果如下。1.将SbSTOP1效应载体和pSbGlu1报告载体共转人胚肾细胞HEK293T以及拟南芥原生质体,通过检测荧光素酶活性,证明SbSTOP1可以调控SbGlu1的表达。2.通过拟南芥原生质体双荧光表达系统进行的转录调控分析表明,SbSTOP1可以与SbGlu1启动子中2段20 bp的DNA序列相互作用,但却不包含已报道的OsART1结合的顺式作用元件,说明甜高粱SbSTOP1存在不同于水稻OsART1的转录调控机制。同时,以上述2段DNA序列为探针,利用GST-SbSTOP1~(DD)蛋白分别与2个20 bp探针进行凝胶迁移阻滞实验,结果表明,该2段20 bp DNA序列可与SbSTOP1蛋白直接相互作用,并具有特异性。3.用SbGlu1的氨基酸序列进行BLAST分析,得到拟南芥中SbGlu1的同源蛋白AtBG3。利用实时荧光定量PCR的表达模式分析表明,AtBG3在拟南芥SbSTOP1转基因恢复株系中的表达量显著高于Atstop1突变体,说明SbSTOP1可调控拟南芥AtBG3的表达,且SbSTOP1转基因拟南芥恢复株系根系胼胝质含量显著低于Atstop1突变体,说明异源表达SbSTOP1可降低转基因恢复株系根系胼胝质的累积。因此,推测SbSTOP1可能通过调控SbGlu1的表达,促进β-1,3-葡聚糖酶催化胼胝质降解,进而提高转基因植株的耐Al性。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:S566.5
【图文】:

小麦根系,质膜,细胞壁


图 1.1 Al 毒害对小麦根系的影响(Delhaize 和 Ryan,1995)Fig.1.1 Effect of aluminum toxicity to root of wheat (Delhaize and Ryan, 1995)Al 毒害可作用于根系细胞多个位点,对植物造成毒害作用。细胞壁作为植物抵御外界环境的第一道屏障,是 Al 毒害作用的最初部位。Al 结合于根尖细胞壁,改变细胞壁的属性,影响多种调控细胞壁代谢基因的表达和酶的合成,从而影响植物根系生长(Ma, 2007)。同时,根尖细胞壁上 Al 的沉积量也可以作为衡量植物耐 Al 性的指标之一。(Kochian, 1995;Sivaguru 和 Horst, 1998;冯英明,2005)。其次,Al 毒害会影响细胞质膜。植物细胞感受 Al 毒害的第一层蛋白靶位点位于质膜。Al 可与质膜上的磷脂结合,改变膜表面蛋白的性质,影响质膜的流动性,进而影响质膜的结构和离子通道的活性,使质膜僵化,无法正常行使其功

锌指结构域,研究进展


第 1 章 绪论录因子 STOP1 与 β-1,3-葡聚糖酶基因研究进展录因子 STOP1 研究进展因子承担着信号接收与传递的核心作用,目前在植物中已鉴定出相关的转录因子,其中锌指转录因子 STOP1 ( Sensitive to icity1)在植物响应 Al 胁迫过程中发挥关键作用(Sawaki 等,2hi 等于 2007 年首次鉴定出了拟南芥转录因子 STOP1(AtSTOP1)析。该蛋白是一个 C2H2型锌指转录因子,由 499 个氨基酸组成的锌指结构域。目前在麦冬、烟草、黑杨、茶树、水稻及小立碗发现的 STOP1 同源蛋白均具有这 4 个锌指结构域(Ohyama 等,)。

拟南芥,突变体,基因,同源蛋白


1.3 Al 及低 pH 胁迫下拟南芥 stop1 突变体中明显下调的基(Sawaki 等,2009)he number of the downregulated genes in Atstop1 mutant under ApH stress (Sawaki et al., 2009)因子 ART1 (aluminum resistance transcription factor 1) 在水稻中的同源蛋白,其基因表达模式与 AtSTOP1 相似,主录水平表达不受 Al 诱导,属于组成型表达。区别于 AtSTOP1调控耐 Al 基因,但不调控低 pH 响应基因的表达(Yamaji 等可以调控 31 个与 Al 胁迫相关基因的表达,这些基因在植物关键作用。Tsutsui 等通过凝胶迁移阻滞实验,鉴定出 OsAR启动子上结合的顺式作用元件 GGN(T/g/a/C)V(C/A/g)S

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本文编号:2782094

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