梭梭干旱誘導表達基因及其調控研究.pdf

1、梭梭(Haloxylonammodendron(C.A.Mey)Bunge)是西北沙漠地區(qū)極為抗旱、耐鹽的超旱生植物，在生態(tài)建設方面具有重要作用。通過研究其抗逆機理、挖掘其特有優(yōu)良性狀及相關基因，采用常規(guī)育種與基因工程相結合方法，將優(yōu)良抗性基因直接用于農作物和林木的遺傳改良，能夠在較短時間內培育出抗逆性更強的植物，可以在一定程度上緩解或解決日益惡化的生態(tài)環(huán)境。本研究通過模擬自然干旱，首次運用cDNA-AFLP圖譜技術研究梭梭干旱誘導相關

2、基因的表達，所獲基因與擬南芥等模式植物基因比較后，對部分調控類和衰老相關基因在PEG、脫水和外源ABA作用下的表達情況進行了比較詳細的研究。主要結果如下： (1)運用cDNA-AFLP指紋圖譜技術對干旱脅迫25天和正常澆水梭梭幼苗進行差異顯示分析，共獲得86個差異表達基因，有55個基因能夠找到高度同源的序列。其中，48個基因與已知或假定功能基因具有較高同源性，包括信號傳導、轉錄調控、轉錄因子、防衛(wèi)相關、衰老相關、轉運體蛋白、細胞

3、壁合成、生長發(fā)育、光合作用等方面，占所得基因總數的56％，這些基因可能在植物抗逆脅迫中發(fā)揮重要作用。這也說明梭梭遭遇干旱脅迫時，具有與其它植物類似的抗逆境脅迫代謝途徑。 (2)在所獲的48個已知或假定功能基因中，調控類基因有16個，占已知功能基因的33％。這說明梭梭在干旱脅迫發(fā)生時，會及時啟動相應的調控機制，從而快速適應干旱脅迫等逆境條件，這可能是其適應沙漠環(huán)境的重要機制之一。 (3)干旱脅迫25d時梭梭幼苗與對照相比高

4、生長降低31.6％，基部向上木質化高度則增加34.7％，ABA含量增加141.9％，Fv/Fm卻沒有明顯變化。并且，與胡楊相比較，離體葉片能夠在較長時間內保持較高持水能力，這表明梭梭抵抗干旱脅迫的能力很強。這些生理水平上的變化可能與此時梭梭衰老相關基因PHB和CYP、細胞壁合成相關基因以及轉運體蛋白基因表達增強有關。 (4)與擬南芥、水稻、楊樹基因組數據庫序列進行比較表明，本文所得到的梭梭相關基因與雙子葉植物擬南芥和楊樹同源基因

5、數目較多，而與單子葉植物水稻同源基因數目相對較少。通過Genevestigator對其中51個已知基因與已有擬南芥基因芯片雜交信息對比，結果顯示在處于同類脅迫時，所選基因中，梭梭中高水平表達的基因在擬南芥中僅有部分高表達，這可能是梭梭能夠在干旱沙漠環(huán)境中生存的機制之一。 (5)對CIPK23、bZIP、ABC、AAT、PHB、SAG、CYP、RbcS和CAB基因在PEG滲透脅迫和脫水脅迫條件下表達譜的研究表明，梭梭幼苗遭遇PEG

6、和脫水脅迫時，上游調控類基因CIPK23和bZIP迅速表達，有利于加快下游抗旱相關基因的表達，提高梭梭抗旱能力。PDR-ABC表達增強可以提高運輸或清除脅迫過程中積累的有害物質的能力；AAT表達增強可以增加跨膜運輸相關滲透調節(jié)物質到細胞內，提高梭梭細胞的滲透勢來增強其保水能力。PHB基因表達增強，可以延緩衰老，增強生命力；CYP表達增強，降解脅迫過程中傷害的細胞，引起細胞程序化死亡。同時，逆境脅迫抑制了衰老相關蛋白基因HaDR27/SA

7、G表達，也降低了光合相關基因CAB和RbcS的表達。 (6)外源ABA對CIPK23、bZIP、ABC、AAT、PHB、SAG、CYP、RbcS和CAB基因表達的影響表明，除HaDR27/SAG的表達受到抑制，HaDR34/AAT的表達未受到明顯影響外，其余基因明顯受到外源ABA的正調控。這表明梭梭可能存在著ABA和水分脅迫應答相關的抗逆性基因表達途徑，ABA可能在梭梭抗逆境脅迫分子響應中具有重要作用。 總之，梭梭存在與

8、其它植物類似的應答ABA和脅迫相關基因的表達途徑，它們可能在梭梭抗逆境脅迫中具有非常重要的作用。另外，還發(fā)現了一部分在植物抗逆功能中還未見報道的新基因。并且，37％基因不能在已有數據庫中找到高度同源的序列，這也說明梭梭作為沙漠地區(qū)特有的灌木，可能存在特有的抗逆途徑。通過與擬南芥等模式植物基因組比較分析，可以通過過量表達或RNAi等手段，在模式植物中研究梭梭中這些未知蛋白的功能。因此，本研究為梭梭抗逆分子生物學研究的開展、優(yōu)良基因的發(fā)現及