菠菜草酸积累规律及相关基因功能分析

发布时间：2020-04-09 16:40

【摘要】：草酸是一种简单的二元羧酸,在植物体内广泛存在,约占植物干重的3%~10%,有着调节植物pH值、缓解重金属毒害、诱导抗病性以及调节Ca~(2+)浓度等作用,然而草酸对人类健康而言是一个十分严重的问题,会引起肾结石、高草酸血症等疾病,而菠菜是一种高草酸含量的蔬菜。本文以菠菜为实验材料,通过测定不同供氮形态、环境胁迫处理和植物激素喷施后草酸含量的变化对菠菜草酸的积累规律进行了研究;同时在菠菜基因组数据库中筛选得到了草酸合成和降解途径中关键酶的基因13个,利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)研究了在这些基因在不同胁迫或激素处理下的表达模式;通过构建植物表达载体,将菠菜草酸代谢相关基因在拟南芥中过量表达从而验证这些基因在草酸积累中的功能;对转基因拟南芥进行了外源草酸处理、铝胁迫和盐胁迫处理,研究了这些基因在非生物逆境胁迫中的作用。本文对菠菜草酸积累规律的研究为低草酸菠菜育种及种植过程的管控提供了一定的指导;对相关基因的表达分析及转基因拟南芥的研究为探寻菠菜草酸积累的分子机理和关键基因的生物学功能奠定了理论基础,主要研究结果如下:1、铵态氮的供给降低了两种菠菜材料的草酸含量,在24 h完全的铵态氮供给下明显低于完全硝态氮供给,为对照的81.5%和65.7%,完全的硝态氮供给仅在短时间内提高了菠菜草酸的含量;高温胁迫、氧化胁迫、盐胁迫和干旱胁迫均增加了菠菜中的草酸含量,其中高温胁迫影响最大,在12 h时达到了对照的1.48倍;植物激素脱落酸(ABA)、赤霉素(GA)、乙烯利(ETH)、吲哚乙酸(IAA)、水杨酸(SA)和6-苄基胺基嘌呤(6-BA)可在短时间内增加菠菜体内草酸的累积,抗坏血酸(AA)和茉莉酸甲酯(JA)对菠菜草酸含量的增加有持续的影响。2、qRT-PCR进行的表达分析结果表明,硝态氮能短期诱导SoGLOs和SoOXACs的表达,并抑制SoOXS表达,而铵态氮则与之相反;高温胁迫下SoGLO2,SoGLO4,SoGLO5的表达明显上调,而大部分草酸降解酶相关基因的表达都受到抑制;植物激素6-BA、GA和IAA的喷施使SoGLO1,SoGLO2,SoGLO3上调表达,SoOXACs则是受到了ABA和GA的短暂诱导,AA和IAA可以促使SoOXS的表达持续上调。3、成功构建了12个植物过表达载体,使用花序侵染法遗传转化拟南芥,通过除草剂筛选、PCR和RT-PCR鉴定得到了稳定表达菠菜草酸代谢相关共计11个基因的T_3代拟南芥株系。SoOXAC1和SoOXAC2的过表达提高了拟南芥的草酸含量,而SoOXDC3的过表达将拟南芥的草酸含量降至野生型的69.9%,过表达SoOXO1也明显降低了拟南芥的草酸含量。过表达SoOXDC2、SoOXO1和SoOXS的拟南芥叶片对外源草酸的抗性也有明显增强。
【图文】：

即乙醛酸/乙醇酸，草酰乙酸和抗坏血酸（图1-1）[43]。在植物中，用于草酸盐生物合成的前体/途径是有争议的。在植物光呼吸和乙醛酸循环过程中，乙醛酸/乙醇酸的氧化导致了草酸盐的积累[32,33]。草酰乙酸的氧化也可以形成草酸盐和乙酸盐。许多植物物种中草酸盐的另 个重要前体是 L-抗坏血酸[34]。在番茄[35]、浮萍[36]、丝兰[37]和大藻[38]中，喷施同位素14C标记的抗坏血酸（1 和 2 位 C）可以增加植物的草酸含量，同时以同位素14C 标记的抗坏血酸合成前体（1 位 C）也会使得植物草酸积累增加，由此判断抗坏血酸通过 C2/C3 裂解形成草酸，且该过程可能发生在植物特化晶体异细胞(crystalidioblasts)的液泡中[36,39]。抗坏血酸的氧化产物脱氢抗坏血酸可以进 步氧化生成环草酰 L-苏糖酸，最终水解产生草酸和 L-苏糖酸[40]。而同位素14C 标记的抗坏血酸的施加对菠菜刚展开的叶片中合成草酸的贡献度并不高[41]

技术路线图
【学位授予单位】：上海师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S636.1

【参考文献】

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本文编号：2621002