枸杞类胡萝卜素裂解关键酶基因（LcCCD1、LcCCD4和LcNCED1）的克隆及表达研究

发布时间：2017-12-17 06:11

  本文关键词：枸杞类胡萝卜素裂解关键酶基因（LcCCD1、LcCCD4和LcNCED1）的克隆及表达研究

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【摘要】：类胡萝卜素裂解氧化酶(CCDs)能够催化裂解类胡萝卜素和/或脱辅基类胡萝卜素,产生参与植物生长发育的脱辅基类胡萝卜素。虽然已有研究对不同植物的CCDs进行了分离鉴定,但其在果实发育及抗逆等方面的功能仍有待于进一步研究。枸杞富含类胡萝卜素,是研究植物类胡萝卜素代谢的优良材料,本研究以枸杞植物为材料,应用3′-RACE技术首次分离获得三个枸杞类胡萝卜素裂解酶基因LcCCD1、LcCCD4和LcNCED1,并对其表达和功能进行了研究。将LcCCD1、LcCCD4转化大肠杆菌,应用大肠杆菌表达系统对LcCCD1和LcCCD4基因编码酶的裂解活性进行了分析,通过对菌体颜色变化、类胡萝卜素含量、共转化菌顶空挥发物的分析表明,LcCCD1蛋白可以有效的将β-胡萝卜素和番茄红素分别氧化裂解为β-紫罗酮和假紫罗酮,而LcCCD4只能裂解β-胡萝卜素产生β-紫罗酮。应用Sq-RT-PCR技术,对LcCCD1、LcCCD4和LcNCED1基因在枸杞中的组织表达规律进行了分析。结果表明,在枸杞果实中,LcCCD1基因的转录水平随着果实的成熟逐渐提高,这种表达变化规律和果实类胡萝卜素含量积累及β-紫罗酮含量的变化相一致,而LcCCD4基因表达量随着果实的成熟逐渐下降,这些结果表明主要是LcCCD1参与了枸杞果实β-紫罗酮等香味物质的形成,而LcCCD4主要是对果实类胡萝卜素积累起着调控作用。通过分析果实发育过程中LcNCED1基因的表达与乙烯释放、ABA及可溶性糖的含量变化,表明LcNCED1基因可能通过调控ABA的生物合成参与了枸杞果实的发育成熟。此外,本研究发现LcNCED1基因还参与了干旱和高盐胁迫等逆境胁迫应答。通过农杆菌介导的遗传转化体系对LcCCD1和LcNCED1基因转化烟草,对其功能进行了研究。结果表明,LcCCD1基因在一定程度上能够提高转基因烟草β-紫罗酮的含量;对过表达LcNCED1基因的烟草植株进行胁迫处理,发现转基因烟草植株具有较高的ABA含量和抗氧化酶活性、较低的电解质渗出率及活性氧积累,表明LcNCED1基因能增强烟草抗氧化酶活性,降低活性氧引起的氧化胁迫伤害,从而提高了烟草的抗逆性。本文还对转LcCCD1和LcNCED1基因烟草的土壤安全性进行了评价,结果表明转基因烟草对土壤微生物数量、土壤酶活性及电导率和pH值均无明显的影响,表明转LcCCD1和LcNCED1基因植物对土壤环境是安全的。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S567.19;Q943.2

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