小麥F-box蛋白基因TaFBA1在植物耐鹽性中的功能分析.pdf

1、土壤鹽漬化是一個(gè)世界性的生態(tài)問(wèn)題。當(dāng)前，全球鹽堿地面積已達(dá)9.5億公頃。高鹽嚴(yán)重影響植物的生長(zhǎng)與產(chǎn)量。提高植物的抗鹽性是合理充分利用鹽堿地，保障糧食安全的重要舉措。SCF型的E3連接酶是泛素途徑的關(guān)鍵酶，參與多種高等植物的生理過(guò)程。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)Skp1-Cullin-F-box（SCF）E3連接酶在植物對(duì)非生物脅迫的響應(yīng)中起著重要作用。作為SCF型的E3連接酶的重要亞基，F(xiàn)-box蛋白在植物逆境耐性中同樣具有重要功能。
　　本實(shí)驗(yàn)室之

2、前從小麥中克隆了F-box蛋白編碼的基因TaFBA1。為了解小麥E3連接酶基因TaFBA1在非生物脅迫下的功能，我們經(jīng)轉(zhuǎn)化獲得了過(guò)表達(dá)TaFBA1的轉(zhuǎn)基因煙草。本研究分析了轉(zhuǎn)基因煙草的抗鹽性及其作用機(jī)制。主要結(jié)果如下：
　?。?）采用多種方式，包括PCR檢測(cè)、Western blot以及E3活性水平，對(duì)過(guò)表達(dá)TaFBA1轉(zhuǎn)基因煙草進(jìn)行篩選鑒定，結(jié)果發(fā)現(xiàn)TaFBA1在煙草中成功表達(dá)并提高了鹽脅迫下轉(zhuǎn)基因煙草的蛋白水平和E3連接酶活性

3、。
　　（2）用不同濃度的NaCl，對(duì)不同生育期的轉(zhuǎn)基因煙草進(jìn)行鹽脅迫處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與野生型比較，過(guò)表達(dá)TaFBA1的煙草在鹽脅迫下種子的萌發(fā)率高，幼根的伸長(zhǎng)快。長(zhǎng)期鹽脅迫下，轉(zhuǎn)基因植株生物量積累明顯較WT多。與此同時(shí)，鹽脅迫條件下成苗轉(zhuǎn)基因煙草的光合作用能力強(qiáng)。表明過(guò)量表達(dá)小麥TaFBA1基因提高了轉(zhuǎn)基因煙草的耐鹽性。
　　（3）從生理生化和分子水平分析了過(guò)表達(dá)TaFBA1基因提高了轉(zhuǎn)基因煙草的耐鹽性的機(jī)制。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，鹽

4、脅迫下，與野生型相比，TaFBA1過(guò)表達(dá)轉(zhuǎn)基因煙草具有較高的抗氧化能力。轉(zhuǎn)基因煙草中H2O2含量以及O2?產(chǎn)生速率均低于野生型；轉(zhuǎn)基因煙草中MDA含量以及電解質(zhì)外滲速率也低于野生型，說(shuō)明轉(zhuǎn)基因煙草的膜相對(duì)穩(wěn)定，膜脂過(guò)氧化程度降低。轉(zhuǎn)基因株系鹽脅迫下的超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化氫酶（CAT）和過(guò)氧化物酶（POD）的活性高于野生型。說(shuō)明轉(zhuǎn)基因煙草抗鹽性的提高可能與抗氧化能力提高有關(guān)。
　?。?）分析了轉(zhuǎn)基因煙草根、葉細(xì)胞的Na+

5、、K+離子積累以及離子流動(dòng)狀況。結(jié)果表明，鹽脅迫下，轉(zhuǎn)基因株系的Na+含量較WT低，而K+含量較WT高，進(jìn)而導(dǎo)致轉(zhuǎn)基因煙草的Na+/K+較WT低。檢測(cè)了10min內(nèi)細(xì)胞Na+和K+動(dòng)態(tài)流動(dòng)，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因煙草促進(jìn)Na+外流和對(duì)K+的吸收。這與低Na+和高K+離子含量相對(duì)應(yīng)。
　?。?）鹽脅迫下，轉(zhuǎn)基因植株質(zhì)膜上H+-ATPase的活性高于WT，這有助于提高鹽脅迫下Na+的外排速率，減少Na+在植物體內(nèi)的積累。液泡膜上V-ATPase和

6、PPase的活性也高于WT，這有利于Na+在細(xì)胞內(nèi)的區(qū)域化。這些結(jié)果表明，轉(zhuǎn)基因煙草抗鹽性的提高可能與離子的區(qū)域化有關(guān)。
　　（6）進(jìn)一步分析了轉(zhuǎn)基因煙草鹽脅迫相關(guān)基因的表達(dá)，包括Na+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)基因（NtHKT521、NtHKT555和NtHKT586）、應(yīng)激防御蛋白（NtERD10C和NtERD10D）和抗氧化相關(guān)基因（NtPOD和NtSOD）。這些基因在鹽脅迫下均上調(diào)表達(dá)。
　?。?）利用擬南芥同源基因突變體atfbw2

7、-4，研究了TaFBA1同源基因突變對(duì)鹽脅迫耐性的影響。當(dāng)用200mM NaCl處理后，擬南芥植株的生長(zhǎng)和生物量都被抑制，葉片變黃，但這種表型的變化在突變體atfbw2-4中更加嚴(yán)重。證明在擬南芥中，TaFBA1同源基因突變導(dǎo)致植株對(duì)鹽脅迫的敏感性增強(qiáng)。
　　以上結(jié)果表明，小麥F-box蛋白基因TaFBA1在植物的鹽脅迫耐性中具有重要作用。過(guò)表達(dá)TaFBA1基因提高了轉(zhuǎn)基因煙草的耐鹽性。突變TaFBA1同源基因增強(qiáng)了擬南芥突變體的