利用AhCMO、AhBADH和AtNEK6基因提高植物耐旱、耐鹽性的研究.pdf

1、我國是一個農業(yè)大國，作物增產、農民增收和糧食安全是保障我國經濟和社會發(fā)展的重要基礎。但是，由于人口不斷增加和農業(yè)用地面積逐年減少等原因，導致我國人口與土地資源的矛盾日益突出，這一矛盾為棉花育種、栽培和增產提供了新的挑戰(zhàn)和機遇。目前，我國有大量的鹽堿和干旱土地待開發(fā)和利用，因此利用現代作物分子設計育種技術，培育轉基因耐旱耐鹽堿棉花新品種，對充分利用干旱和鹽堿地，促進棉花產業(yè)的發(fā)展及保障我國經濟和社會發(fā)展具有重要意義。
　　作物在干旱

2、和鹽堿等非生物逆境脅迫條件下，通常表現為生長減慢、早衰和減產等現象。通過對在干旱和鹽堿土壤中生長的植物的研究發(fā)現，植物能通過多條途徑應對非生物逆境脅迫，例如增加滲透調節(jié)物質、調控細胞周期加速細胞分裂與生長等。研究發(fā)現，甜菜堿是一種比較理想的非毒性滲透調節(jié)物質，具有調節(jié)細胞滲透壓，穩(wěn)定細胞生物大分子的結構等功能，而CMO和BADH是植物中甜菜堿合成途徑相關的兩個關鍵基因;NEK6基因編碼一種絲/蘇氨酸蛋白激酶，具有調控植物細胞周期蛋白基因

3、表達和乙烯信號轉導的功能，與植物抵抗逆境脅迫相關。本文通過提高植物體內甜菜堿的累積以及AtNEK6基因的表達兩條途徑，來提高煙草和棉花的耐旱耐鹽堿能力，為培育轉基因耐旱耐鹽堿新材料提供依據。本研究取得的進展如下:
　　1、分別將AhCMO-AhBADH雙基因和AhCMO和AhBADH單基因克隆到pBI121載體，構建轉基因表達載體，轉化煙草并獲得T2代轉基因后代。通過qRT-PCR分析，轉基因煙草中基因均表達。甜菜堿檢測結果表明，

4、轉基因植株的甜菜堿含量相對于對照都有所提高，其中轉雙基因株系的甜菜堿含量是轉單基因株系的2.1倍，是野生型的10.9倍。在1/2MS培養(yǎng)基中添加200 mM的甘露醇和150mM的NaCl進行干旱和鹽脅迫處理煙草，結果表明轉基因植株的根長和側根數都比對照表現好，而且轉雙基因株系的根長較單基因株系分別提高了24.2％和26.5％，側根數分別提高了47.2％和58.5％。在盆栽試驗中，轉基因植株長勢好于對照，轉雙基因植株的鮮重較單基因植株分別

5、提高33.8％和34.7％。
　　同時，對甘露醇和NaCl處理的轉基因植株分別測定了細胞滲透壓、葉綠素熒光參數、超氧化物歧化酶、過氧化氫酶活性及丙二醇和脯氨酸的含量。滲透壓分析結果表明，甘露醇和NaCl處理可以顯著提高植株細胞的滲透壓，轉基因植株滲透壓高于對照植株，其中雙基因植株的滲透壓較單基因植株分別提高了56.3％和51.3％;葉綠素熒光參數實驗結果顯示，轉基因植株的光合生理狀況優(yōu)于對照，轉雙基因植株優(yōu)于轉單基因植株;超氧化物

6、歧化酶和過氧化氫酶活性分析表明，轉基因植株在脅迫環(huán)境中分解過氧化氫和超氧化物等有害物質的能力強于對照，轉雙基因植株又強于單基因植物;丙二醛測定結果表明，轉雙基因植株含量最低，說明植株的膜脂過氧化程度最低，單價植株次之，對照最高。同時，通過轉雙基因還有效提高了逆境下細胞脯氨酸濃度。所以，雙基因共同作用使植物在逆境中遭受的損害最小。
　　通過對轉基因煙草的耐旱耐鹽性的系統(tǒng)研究，證明了將AhCMO和AhBADH基因同時導入煙草中表達，能

7、夠顯著提高轉基因煙草的耐旱耐鹽性。在此基礎上，本研究將兩個基因同時導入棉花，培育耐旱耐鹽堿轉基因棉花，目前已經獲得20株轉基因棉花植株。
　　2、將AtNEK6基因導入煙草，獲得T2代轉基因株系。qRT-PCR分析結果表明，基因在煙草中表達，在非脅迫處理下，轉基因材料的根長、側根數及鮮物質較野生型分別提高6.1％、6.3％和5.9％。在脅迫處理下，轉基因材料的長勢要好于野生型，甘露醇處理后其根長、側根數以及鮮物質重分別是野生型的2

8、.0倍、1.7倍和2.3倍;NaCl處理后分別是野生型的2.1、2.0和2.3倍。葉綠素熒光參數實驗結果顯示，脅迫下轉基因植株的光合生理狀況同樣優(yōu)于野生型。SOD，CAT的酶活測定結果表明，轉基因材料清除過氧化氫和超氧化物等有害物質的能力高于野生型;MDA的檢測結果表明，轉基因材料的膜脂受損程度要低于野生型;同時轉基因材料的脯氨酸的含量均高于野生型。
　　AtNEK6轉基因煙草的耐旱耐鹽性研究結果表明，過表達AtNEK6基因不僅可

9、以提高轉基因煙草在正常條件下的生物量，同時也可提高其在逆境下的耐鹽耐旱性。因此，在此基礎上，本研究將AtNEK6基因導入棉花，目前已獲得了轉基因胚性愈傷組織。
　　總之，本研究利用煙草對植物兩種抵非生物抗逆境脅迫機制的相關基因進行了系統(tǒng)的研究，證實了AhCMO和AhBADH以及AtNEK6基因顯著提高煙草對干旱和鹽堿的抵抗能力，并分別將這些基因導入了棉花，為培育耐旱耐鹽轉基因棉花品種提供了理論基礎，為同時利用不同抵抗非生物逆境途徑