小麦F-box蛋白基因TaFBA1在植物耐盐性中的功能分析

发布时间：2017-12-26 04:44

本文关键词：小麦F-box蛋白基因TaFBA1在植物耐盐性中的功能分析　出处：《山东农业大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：土壤盐渍化是一个世界性的生态问题。当前,全球盐碱地面积已达9.5亿公顷。高盐严重影响植物的生长与产量。提高植物的抗盐性是合理充分利用盐碱地,保障粮食安全的重要举措。SCF型的E3连接酶是泛素途径的关键酶,参与多种高等植物的生理过程。现已发现Skp1-Cullin-F-box(SCF)E3连接酶在植物对非生物胁迫的响应中起着重要作用。作为SCF型的E3连接酶的重要亚基,F-box蛋白在植物逆境耐性中同样具有重要功能。本实验室之前从小麦中克隆了F-box蛋白编码的基因Ta FBA1。为了解小麦E3连接酶基因Ta FBA1在非生物胁迫下的功能,我们经转化获得了过表达Ta FBA1的转基因烟草。本研究分析了转基因烟草的抗盐性及其作用机制。主要结果如下:(1)采用多种方式,包括PCR检测、Western blot以及E3活性水平,对过表达Ta FBA1转基因烟草进行筛选鉴定,结果发现Ta FBA1在烟草中成功表达并提高了盐胁迫下转基因烟草的蛋白水平和E3连接酶活性。(2)用不同浓度的Na Cl,对不同生育期的转基因烟草进行盐胁迫处理,结果发现,与野生型比较,过表达Ta FBA1的烟草在盐胁迫下种子的萌发率高,幼根的伸长快。长期盐胁迫下,转基因植株生物量积累明显较WT多。与此同时,盐胁迫条件下成苗转基因烟草的光合作用能力强。表明过量表达小麦Ta FBA1基因提高了转基因烟草的耐盐性。(3)从生理生化和分子水平分析了过表达Ta FBA1基因提高了转基因烟草的耐盐性的机制。结果发现,盐胁迫下,与野生型相比,Ta FBA1过表达转基因烟草具有较高的抗氧化能力。转基因烟草中H2O2含量以及O2·-产生速率均低于野生型;转基因烟草中MDA含量以及电解质外渗速率也低于野生型,说明转基因烟草的膜相对稳定,膜脂过氧化程度降低。转基因株系盐胁迫下的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)的活性高于野生型。说明转基因烟草抗盐性的提高可能与抗氧化能力提高有关。(4)分析了转基因烟草根、叶细胞的Na+、K+离子积累以及离子流动状况。结果表明,盐胁迫下,转基因株系的Na+含量较WT低,而K+含量较WT高,进而导致转基因烟草的Na+/K+较WT低。检测了10min内细胞Na+和K+动态流动,发现转基因烟草促进Na+外流和对K+的吸收。这与低Na+和高K+离子含量相对应。(5)盐胁迫下,转基因植株质膜上H+-ATPase的活性高于WT,这有助于提高盐胁迫下Na+的外排速率,减少Na+在植物体内的积累。液泡膜上V-ATPase和PPase的活性也高于WT,这有利于Na+在细胞内的区域化。这些结果表明,转基因烟草抗盐性的提高可能与离子的区域化有关。(6)进一步分析了转基因烟草盐胁迫相关基因的表达,包括Na+逆向转运基因(Nt HKT521、Nt HKT555和Nt HKT586)、应激防御蛋白(Nt ERD10C和Nt ERD10D)和抗氧化相关基因(Nt POD和Nt SOD)。这些基因在盐胁迫下均上调表达。(7)利用拟南芥同源基因突变体atfbw2-4,研究了Ta FBA1同源基因突变对盐胁迫耐性的影响。当用200m M Na Cl处理后,拟南芥植株的生长和生物量都被抑制,叶片变黄,但这种表型的变化在突变体atfbw2-4中更加严重。证明在拟南芥中,Ta FBA1同源基因突变导致植株对盐胁迫的敏感性增强。以上结果表明,小麦F-box蛋白基因Ta FBA1在植物的盐胁迫耐性中具有重要作用。过表达Ta FBA1基因提高了转基因烟草的耐盐性。突变Ta FBA1同源基因增强了拟南芥突变体的盐敏感型。过表达Ta FBA1基因提高转基因烟草耐盐性的机制可能抗氧化能力的提高和Na+/K+离子的区域化有关。
【学位授予单位】：山东农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：Q943.2;S512.1

【参考文献】