SlNAC1转录因子对甜菜碱合成相关酶基因的调控作用分析

发布时间：2020-07-30 11:35

【摘要】：转录因子是行使调控基因表达功能的一类重要调控因子。NAC是植物特有的一类转录因子,参与植物生物及非生物胁迫应答。实验室前期克隆了辽宁碱蓬SlNAC1基因,SlNAC1提高了转基因拟南芥的抗逆性。甜菜碱是一种无毒的小分子渗透调节剂,在提高植物抗逆性中起重要作用。磷酸乙醇胺氮甲基转移酶(PEAMT)、胆碱单加氧酶(CMO)、甜菜碱醛脱氢酶(BADH)是合成甜菜碱的关键酶。实验室前期克隆了SlPEAMT、SlCMO、SlBADH基因及其启动子,启动子序列中均含有NAC转录因子结合位点(CGTG/A)。本文拟研究SlNAC1转录因子与甜菜碱合成相关酶基因表达的调控关系。实时荧光定量PCR分析SlNAC1与SlPEAMT、SlCMO、SlBADH在辽宁碱蓬中的表达,同时测定甜菜碱含量。酵母单杂交实验分析SlNAC1转录因子与SlPEAMT、SlCMO、SlBADH启动子的相互作用。主要结果及结论如下:1.非生物胁迫条件下,辽宁碱蓬中SlNACl、SlPEAMT、SlCMO、SlBADH基因的表达量均有明显的升高。低温条件下,SlNAC1、SlPEAMT、SlCMO、SlBADH基因表达量分别在0.5h、12h、24h、24h处于峰值,甜菜碱含量在24h处于峰值。盐条件下,SlNAC1、SlPEAM1、SlCMO、SlBADH基因表达量分别在6h、24h、12h、24h处于峰值,甜菜碱含量在24h处于峰值。10%PEG条件下SlNAC1、SlPEAMT、SlCMO、SlBlBADH基因表达量分别在6h、12h、12h、12h处于峰值,甜菜碱含量在12h处于峰值。ABA条件下,SlNAC1、SlPEAMT、SlCMO、SlBADH基因表达量分别在3h、12h、12h、12h处于峰值,甜菜碱含量在12h处于峰值。结果表明,SlNAC1、SlPEAMT、SlCMO、SlBADH基因的表达受低温、盐、干旱、ABA诱导,且SlNAC1基因的表达在时间上先于SlPEAMT、SlCMO、SlBADH基因的表达,推测SlPEAMT、SlCMO、SlBADH基因可能为SlNAC1转录因子的下游基因,受其调控,与之相应的甜菜碱含量增加。2.酵母单杂交实验结果显示,SlNAC1转录因子能与SlPEAMT、SlCMO、SlBADH启动子相互作用,推测SlNAC 1可能直接调控SlPEAMT、SlCMO、SlBADH基因的表达。综上所述,SlPEAMT、SlCMO、SlBADH基因可能是SlNAC1转录因子的直接靶基因,SlNAC1可直接调控SlPEAMT、SlCMO、SlBADH的表达,从而调控甜菜碱的合成提高植物抗逆性。本研究为SlNAC1转录因子提高植物抗逆性机制研究提供理论依据。
【学位授予单位】：辽宁师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：Q943.2
【图文】：

磷酸胆碱,途径,甜菜碱,胆碱

菜碱于植物的生活是营固的，在植物受到非生物胁迫时，为了适应环境体内菜碱、脯氨酸、可溶性糖等一些相溶性物质，来减少甚至消除不良环境害。甘氨酸甜菜碱（Glycine betaine）简称为甜菜碱，是一种季铵类化甜菜碱的生物合成菜碱是在植物成熟叶片的叶绿体中合成的，主要分布于叶绿体和细胞质当植物受非生物胁迫时，植物的细胞质基质中会积累大量的甜菜碱，无运输到液泡中来维持植物体内的渗透平衡，从而来提高植物的抗逆性。由胆碱为底物经过两步反应合成的，磷酸乙醇胺氮甲基转移sphoethanolamine N-methyltransferase PEAMT)是催化生成胆碱的关键酶反应为：胆碱生成甜菜碱醛是由胆碱单加氧酶(choline monooxygen催化的；第二步反应为：甜菜碱醛生成甜菜碱是由甜菜碱醛脱氢酶(betade dehydrogenase BADH)催化的（图 1.1）。

序列,转录因子,结构示意图,亚结构

apical meristem)。1997 年 Aida 将 NAM、CUC2(cup-shaped cotyledon)以及拟南芥(Arabidopsis thaliana)ATAF1、ATAF2 这四个具有相似保守结构域的蛋白命名为 NAC[71-72]。1.3.1 NAC 转录因子的结构特征NAC 转录因子的结构具有显著的特点，其 N 端具有一个高度保守结构域，约由 150 个氨基酸组成，NAC 的高度保守结构域由 A、B、C、D、E 5 个亚结构域组成的。其中亚结构域 C、D 是高度保守的，存在核定位信号。亚结构 C 可能与 DNA 结合有关，亚结构域 E 可能与发育时期和组织特异性有关，协同亚结构域 D 共同与 DNA 相互作用。B 和 E 的相对保守性相对较低。NAC 的 C 端是转录调控区，此区域的特点是具有简单的重复序列，富含丝氨酸、苏氨酸、脯氨酸和谷氨酸，或酸性氨基酸的特异基序（图 1.2）。Kim 等研究发现拟南芥中至少有 13 个 NAC 蛋白具有跨膜的功能，在它们的 C 端都含有α-螺旋跨膜序列,并且参与胁迫的响应[73]。绝大多数的 NAC 蛋白都能形成同源二聚体或异源二聚体，可能与它们结合 DNA 有关[74]。

技术路线图,技术路线,转录因子,路线

本研究技术路线

【参考文献】