毛竹APX家族基因鉴定及PeAPX5基因功能研究

来源 :中国林业科学研究院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dingdingdeaiqing86
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毛竹(Phyllostachys edulis)作为一种重要的笋材两用竹,具有生长速度快、成才早、用途广等特点,是我国分布面积最大的竹种。然而毛竹在生长发育过程中面临着各种逆境条件,如干旱、低温等。逆境下,植物细胞内活性氧的产生与清除之间的动态平衡被打破,过量的活性氧对细胞造成氧化胁迫,抑制植物生长和发育,甚至造成植株死亡。抗坏血酸过氧化物酶(ascorbate peroxidase,APX)作为一种重要的活性氧清除酶,在清除H2O2方面发挥着重要作用,开展毛竹APX基因功能的研究可为毛竹的抗逆机制研究奠定理论基础,也为竹子抗逆分子育种提供优质基因。本研究中,通过对毛竹APX家族基因进行鉴定、实时荧光定量PCR、克隆基因、遗传转化拟南芥,对毛竹APX基因功能进行初步研究。得到如下结果:1.对毛竹APX家族基因进行鉴定,共得到7个APX同工酶基因PeAPX1~PeAPX7,根据亚细胞定位预测结果可初步分为三个亚类:胞质型(PeAPX1、PeAPX2和PeAPX5)、过氧化物酶体型(PeAPX3和PeAPX4)和叶绿体/线粒体型(PeAPX6和PeAPX7);与不同物种的APX蛋白进化分析显示毛竹APX蛋白与水稻APX有着更高的同源性;同一亚类PeAPXs具有相似的保守结构域,且基因结构、保守基序的种类和位置基本一致;PeAPXs成员的启动子区域含有丰富的光应答元件、激素以及胁迫响应元件。2.采用qRT-PCR对APX家族各个基因在干旱、低温和盐胁迫下的表达模式进行分析,发现在3种非生物胁迫下,PeAPXs的表达模式存在差异,其中PeAPX2在3种胁迫下均维持着较高的表达水平;低温可诱导所有PeAPXs基因表达量上调;干旱胁迫下,PeAPX2、PeAPX4和PeAPX5表达量上调,PeAPX1的表达量下调,未检测到PeAPX3、PeAPX6、PeAPX7表达;盐胁迫下,除PeAPX3和PeAPX6外,其余基因表达量均上调。转录组数据分析结果表明,PeAPXs在实生苗中表现出组织特异性表达现象。以上结果说明PeAPXs协同参与毛竹胁迫应答及生长发育过程。3.根据qRT-PCR结果,选取了对3种胁迫均有响应的基因PeAPX5进一步进行功能研究。该基因基因编码250个氨基酸,定位于细胞质中;构建PeAPX5重组表达载体并采用浸花法转化拟南芥,T3代转基因和野生型拟南芥在干旱下的表型变化以及DAB染色结果显示,转基因拟南芥具有更强的抗旱能力,干旱条件下积累更少的H2O2;对低温和盐胁迫下转基因拟南芥生理指标进行检测,结果显示,转基因株系拟南芥的MDA含量较低而可溶性糖含量及CAT、SOD、APX酶活性较野生型拟南芥有明显提高。说明过表达PeAPX5可提高转基因拟南芥的抗旱、抗旱和耐盐能力。
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