干旱胁迫下钙对玉米生理生化的影响及CIPK的克隆与表达分析

发布时间：2020-03-12 11:38

【摘要】：玉米是最早利用杂种优势的粮食作物,且对干旱胁迫较敏感。我国主要的玉米种植区干旱问题严重,限制了玉米的产量。在植物抗旱性研究中表明,钙离子作为胞内第二信使能够调节植物体内的生理变化,从而促进植物在干旱胁迫下的生长发育。本研究以玉米杂交种郑单958和其母本自交系郑58,父本自交系昌7-2为试验材料,研究干旱胁迫下Ca~(2+)对玉米杂交种及其亲本自交系生理生化特性和产量的影响。在此基础上,克隆了一个钙信号转导相关蛋白激酶基因(Calcineurin B-like interacting protein kinases,CIPK),并利用半定量RT-PCR和瞬时表达技术对其组织和细胞表达特异性进行了初步研究。主要结果如下:1.以郑单958和郑58为试验材料,研究了聚乙二醇(PEG 6000)模拟干旱胁迫条件下,Ca~(2+)对玉米幼苗生理生化特性的影响。结果表明:干旱胁迫导致玉米幼苗的生物量、相对含水量和叶绿素含量都显著下降。而CaCl_2溶液浸种能够降低干旱胁迫对玉米幼苗上述指标的影响,并促进脯氨酸的积累,以20 mmol/L的CaCl_2效应最大。2.以郑单958和郑58、昌7-2为试验材料,采用盆栽控水法,分析外源CaCl_2处理对玉米全生育期生理生化指标以及产量的影响。结果表明:在苗期、拔节期和抽雄吐丝期进行干旱胁迫处理,玉米叶片的丙二醛(MDA)含量、三种抗氧化酶(过氧化物酶POD、过氧化氢酶CAT、超氧化物歧化酶SOD)的活性、可溶性蛋白的含量均显著上升。对玉米种子、拔节期和抽雄吐丝期玉米进行CaCl_2预处理,可以降低不同生育时期玉米叶片的丙二醛含量,增加上述三种抗氧化酶活性,使蛋白质含量维持在一个较高的水平,提高玉米抗旱性。不同生育时期干旱胁迫均会显著降低玉米的产量,CaCl_2预处理则可以减少玉米产量的下降。其中,抽雄吐丝期缺水对玉米产量的影响最大,可以使郑单958和郑58、昌72的产量分别下降33.43%、52.86%和60.55%。在此期进行CaCl_2预处理,可以使上述品系的产量分别提高9.8%、26.12%和18.42%。由此可见,杂交种郑单958比其亲本自交系更适应干旱,而后者对外源Ca~(2+)的反应更敏感。3.利用PEG、CaCl_2、Ca~(2+)螯合剂(EGTA)和钙通道阻断剂(LaCl3)处理玉米幼苗,采用半定量RT-PCR技术分析了玉米ZmCIPK基因在叶片和根中的表达情况。结果表明,干旱胁迫下玉米叶片中ZmCIPK的表达量在24h内持续上升,而玉米根中ZmCIPK的表达量在处理1h时达到峰值,而后下降,但仍然明显高于对照。EGTA和LaCl3的处理结果显示,玉米叶片和根中PEG对ZmCIPK的诱导表达效应均被EGTA和LaCl3抑制,说明钙离子参与了 PEG诱导的干旱胁迫信号转导过程。外源添加CaCl_2会提高叶片ZmCIPK表达量,与PEG干旱胁迫的诱导效果相似,但外源CaCl_2会引起玉米根中ZmCIPK表达量下降,详细机理有待于进一步研究。4.提取玉米叶片总RNA,采用RT-PCR技术,克隆了玉米ZmCIPK基因。生物信息学分析表明,该基因全长1554bp,编码518个氨基酸,分子量为57.27kDa,理论等电点为8.84,含有CIPKs蛋白家族保守的NAF结构域,与高粱CIPK的相似性最高,亚细胞定位预测为内质网。5.采用双粘端连接,构建了 pCAMBIA1303-35S-ZmCIPK-GFP瞬时表达载体,利用注射法将含有该表达载体的农杆菌注入烟草叶片,荧光观察表明,融合蛋白ZmCIPK-GFP能够在烟草叶片中正常表达,具体亚细胞定位有待于进一步研究。
【学位授予单位】：沈阳农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S513
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本文编号：2586536