大麦转录因子HvATF1、HvATF2耐铝功能分析和响应铝胁迫miRNA鉴定
发布时间：2022-01-12 17:01
铝（Al）毒是酸性土壤中制约作物产量的主要因子,明确作物耐铝生理与分子机制,可为培育耐铝作物品种和制订抗铝栽培技术提供理论指导。大麦是全球普遍种植的主要禾谷类作物,对铝毒极为敏感。挖掘大麦耐铝种质与基因,是大麦耐铝育种取得突破的前提。在大麦中研究最为透彻的耐铝机制是柠檬酸转运子HvAACT1介导的铝毒排斥机制。本研究通过克隆拟南芥和水稻关键耐铝转录因子AtSTOP1/OsART1在大麦中的同源基因HvATF1（Al-tolerance Transcription Factor 1）及其大麦基因组中的同源基因HvATF2,并利用大麦遗传转化实现基因沉默表达（RNAi）或过量表达,研究了这两个基因在大麦铝胁迫响应中的作用。同时,鉴于前期研究在西藏野生大麦中鉴定到铝毒耐性强的种质并发现根系有机酸分泌不能解释其耐铝毒的事实,利用小RNA测序技术分析比较了耐铝西藏野生大麦XZ29与铝毒敏感大麦栽培品种黄金希望（Golden Promise）在铝胁迫下的miRNA表达谱差异,以初步揭示西藏野生大麦耐铝性强的分子机理。主要研究结果如下:1.大麦铝胁迫调控基因HvATF1的克隆与功能研究克隆了耐铝重要...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：97 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
植物根部耐铝机制模型
浙江大学博士学位论文9图1.2水稻中miRNA调控的性状。九个协同调控不同生长阶段和胁迫响应的miRNAs与调控特异性状的miRNAs。Figure1.2ThetraitsregulatedbymiRNAinrice.NinemiRNAsthatcoordinatedifferentdevelopmentaleventsandstressresponsesandmiRNAsthatregulatespecifictraitswerelistedinthefigure.作为单子叶模式植物，水稻中众多miRNA功能（图1.2）已被鉴定。研究发现，过量表达水稻miR156促进叶片和分蘖萌发，并降低颖花分生组织活性（Wang等，2015）。相应地，OsSPL14靶向结合位点中发生的点突变阻止miR156的切割，导致水稻植株分蘖数减少，每穗枝梗数增多，耐倒伏性增强，最终籽粒产量增加（Jiao等，2010；Miura等，2010）。而miR156众多SPL靶基因例如OsSPL14、OsSPL17能够由另一miRNA家族成员miR529负向调控,两者协同共同调节水稻穗枝梗的发育（Wang等，2015）。此外，水稻OsSPL14基因能够直接调控miR172及其前体，进而影响其靶基因OsAP2的表达（Wang等，2015）。有些miRNA不仅参与植物生长过程，也和胁迫耐性相关。水稻miR393调节开花时间，旗叶倾斜角度，主根及冠根生长，而过量表达会降低水稻对盐胁迫和干旱胁迫的耐性（Bian等，2012;Xia等，2012）。在水稻中过量表达miR166能降低金属转运子OsHMA2(heavymetalATPase2)及OsHMA3基因表达，从而减少镉从根部到地上部的转运以及籽粒中镉的积累（Ding等，2018）。总之，miRNA在植物生长发育、代谢以及胁迫应答等方面均具有重要作用（Voinnet，2009；Sun，2012）。大多数miRNA家族在不同物种中功能高度保守（Cuperus等，2011），而它们的靶基因功能一般也相对保守（Sun，2012）。例如，miR319-TCP4通过调控茉莉酸合成基因的表达及内源茉莉酸含量影响番茄对根结线虫的耐性（Zha
浙江大学博士学位论文13气，保持滤纸湿润，前2d在温室（22/18°C,白天/夜间）中暗处理，之后见光（250μmolm2s1）培养。第4d时，将CaCl2溶液浓度调整为1mM，pH降至4.5，溶液中添加不同浓度的铝，并设置对照（0μM铝）。图2.1快速鉴定植物发芽期耐铝性装置结构示意图。（A）为该装置整体结构;（B）为播种盖和通气组件;（C）为播种盖和通气组件分解结构。Figure2.1Schematicdiagramofthedeviceforrapididentificationofplantaluminumtoleranceatgerminationstage.(A)theoverallstructureofthedevice;(B)theseedingcoverandtheaeratedcomponent;(C)thedisassemblystructureoftheseedingcoverandtheaeratedcomponent.2.2.2HvATF1全长CDS克隆按照MiniBEST植物RNA提取试剂盒（TaKaRa,Japan）说明书提取GoldenPromise根部总RNA,随后用反转录试剂盒PrimeScriptⅡ1stStrandcDNASynthesisKit（TaKaRa,Japan）合成cDNA。将拟南芥AtSTOP1和水稻OsART1氨基酸序列在大麦基因组数据库IPK（https://webblast.ipk-gatersleben.de/barley_ibsc/）中进行同源比对，匹配程度最高的参考序列为AK252406.1，依此设计引物，进行PCR扩增反应。扩增片段经纯化后与pGEM-
【参考文献】：
期刊论文
[1]铝诱导植物根系分泌有机酸阴离子的机理及其调控（英文）[J]. Jian-li YANG,Wei FAN,Shao-jian ZHENG. Journal of Zhejiang University-Science B（Biomedicine & Biotechnology）. 2019(06)
[2]Alleviation by abscisic acid of Al toxicity in rice bean is not associated with citrate efflux but depends on ABI5-mediated signal transduction pathways[J]. Wei Fan,Jia Meng Xu,Pei Wu,Zhi Xin Yang,He Qiang Lou,Wei Wei Chen,Jian Fen Jin,Shao Jian Zheng,Jian Li Yang. Journal of Integrative Plant Biology. 2019(02)
[3]Protecting Cell Walls from Binding Aluminum by Organic Acids Contributes to Aluminum Resistance[J]. Ya-Ying Li1, Yue-Jiao Zhang2, Yuan Zhou1, Jian-Li Yang2 and Shao-Jian Zheng2(1Ministry of Agriculture Key Laboratory for Non-Point Pollution Control, Zhejiang University, Hangzhou 310029, China; 2State Key Laboratory of Plant Physiology and Biochemistry, College of Life Sciences, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China). Journal of Integrative Plant Biology. 2009(06)
本文编号：3585141
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：97 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
植物根部耐铝机制模型
浙江大学博士学位论文9图1.2水稻中miRNA调控的性状。九个协同调控不同生长阶段和胁迫响应的miRNAs与调控特异性状的miRNAs。Figure1.2ThetraitsregulatedbymiRNAinrice.NinemiRNAsthatcoordinatedifferentdevelopmentaleventsandstressresponsesandmiRNAsthatregulatespecifictraitswerelistedinthefigure.作为单子叶模式植物，水稻中众多miRNA功能（图1.2）已被鉴定。研究发现，过量表达水稻miR156促进叶片和分蘖萌发，并降低颖花分生组织活性（Wang等，2015）。相应地，OsSPL14靶向结合位点中发生的点突变阻止miR156的切割，导致水稻植株分蘖数减少，每穗枝梗数增多，耐倒伏性增强，最终籽粒产量增加（Jiao等，2010；Miura等，2010）。而miR156众多SPL靶基因例如OsSPL14、OsSPL17能够由另一miRNA家族成员miR529负向调控,两者协同共同调节水稻穗枝梗的发育（Wang等，2015）。此外，水稻OsSPL14基因能够直接调控miR172及其前体，进而影响其靶基因OsAP2的表达（Wang等，2015）。有些miRNA不仅参与植物生长过程，也和胁迫耐性相关。水稻miR393调节开花时间，旗叶倾斜角度，主根及冠根生长，而过量表达会降低水稻对盐胁迫和干旱胁迫的耐性（Bian等，2012;Xia等，2012）。在水稻中过量表达miR166能降低金属转运子OsHMA2(heavymetalATPase2)及OsHMA3基因表达，从而减少镉从根部到地上部的转运以及籽粒中镉的积累（Ding等，2018）。总之，miRNA在植物生长发育、代谢以及胁迫应答等方面均具有重要作用（Voinnet，2009；Sun，2012）。大多数miRNA家族在不同物种中功能高度保守（Cuperus等，2011），而它们的靶基因功能一般也相对保守（Sun，2012）。例如，miR319-TCP4通过调控茉莉酸合成基因的表达及内源茉莉酸含量影响番茄对根结线虫的耐性（Zha
浙江大学博士学位论文13气，保持滤纸湿润，前2d在温室（22/18°C,白天/夜间）中暗处理，之后见光（250μmolm2s1）培养。第4d时，将CaCl2溶液浓度调整为1mM，pH降至4.5，溶液中添加不同浓度的铝，并设置对照（0μM铝）。图2.1快速鉴定植物发芽期耐铝性装置结构示意图。（A）为该装置整体结构;（B）为播种盖和通气组件;（C）为播种盖和通气组件分解结构。Figure2.1Schematicdiagramofthedeviceforrapididentificationofplantaluminumtoleranceatgerminationstage.(A)theoverallstructureofthedevice;(B)theseedingcoverandtheaeratedcomponent;(C)thedisassemblystructureoftheseedingcoverandtheaeratedcomponent.2.2.2HvATF1全长CDS克隆按照MiniBEST植物RNA提取试剂盒（TaKaRa,Japan）说明书提取GoldenPromise根部总RNA,随后用反转录试剂盒PrimeScriptⅡ1stStrandcDNASynthesisKit（TaKaRa,Japan）合成cDNA。将拟南芥AtSTOP1和水稻OsART1氨基酸序列在大麦基因组数据库IPK（https://webblast.ipk-gatersleben.de/barley_ibsc/）中进行同源比对，匹配程度最高的参考序列为AK252406.1，依此设计引物，进行PCR扩增反应。扩增片段经纯化后与pGEM-
【参考文献】：
期刊论文
[1]铝诱导植物根系分泌有机酸阴离子的机理及其调控（英文）[J]. Jian-li YANG,Wei FAN,Shao-jian ZHENG. Journal of Zhejiang University-Science B（Biomedicine & Biotechnology）. 2019(06)
[2]Alleviation by abscisic acid of Al toxicity in rice bean is not associated with citrate efflux but depends on ABI5-mediated signal transduction pathways[J]. Wei Fan,Jia Meng Xu,Pei Wu,Zhi Xin Yang,He Qiang Lou,Wei Wei Chen,Jian Fen Jin,Shao Jian Zheng,Jian Li Yang. Journal of Integrative Plant Biology. 2019(02)
[3]Protecting Cell Walls from Binding Aluminum by Organic Acids Contributes to Aluminum Resistance[J]. Ya-Ying Li1, Yue-Jiao Zhang2, Yuan Zhou1, Jian-Li Yang2 and Shao-Jian Zheng2(1Ministry of Agriculture Key Laboratory for Non-Point Pollution Control, Zhejiang University, Hangzhou 310029, China; 2State Key Laboratory of Plant Physiology and Biochemistry, College of Life Sciences, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China). Journal of Integrative Plant Biology. 2009(06)
本文编号：3585141
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