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生育酚是一类脂溶性化合物,在生物体内具有重要的代谢功能和抗氧化作用。生育酚对提高牲畜免疫力,提高繁殖性能具有良好效果。在饲料中添加生育酚可增加肉质稳定性,防止肉类腐败,延长上架时间。此外,生育酚还参与清理植物体内的氧自由基,维持体内活性氧的动态平衡,提高植物抗逆能力。因此,挖掘并研究生育酚合成途径关键基因的功能,对培育抗逆优良牧草新种质、改善现有牧草品种营养成分、提高畜产品供给和质量具有巨大的潜在应用价值。四种生育酚异构体中,α-生育酚在植物叶片组织中含量最高,且生物活性最强。γ-生育酚甲基转移酶(γ-TMT)催化α-生育酚的生物合成。课题组前期的研究显示,紫花苜蓿γ-TMT基因(MsTMT)对干旱和盐等非生物胁迫都有响应。然而,该基因是否可提高转基因苜蓿的抗旱耐盐特性,以及潜在的干旱和盐胁迫响应机制尚不清楚。本研究以γ-TMT超量表达转基因拟南芥和紫花苜蓿为研究材料,对其在不同生长发育阶段α-生育酚合成和抗旱耐盐功能开展了研究,主要结果如下:(1)在拟南芥中超量表达Ms TMT基因,可使种子中特异性地积累α-生育酚;同时,该基因通过影响ABA和GA相关合成基因,调控种子体内激素的动态平衡,进而控制种子在盐胁迫下的萌发时间。(2)超量表达MsTMT基因促进了转基因拟南芥种子的粘液分泌,并改变了粘液中的离子交换位点和分支结构,这种变化可能导致粘液离子结合和亲水特性的改变,从而进一步影响种子对外界胁迫的感知能力。(3)MsTMT基因在转基因拟南芥种子发芽和苗期的盐胁迫响应过程中存在不同的调控机制,表明该基因可能在植物适应外界不良环境中具有重要作用。(4)超量表达MsTMT基因显著促进了紫花苜蓿体内生育酚的合成,使生育酚的合成更趋向于生成α-生育酚。高效液相色谱法检测显示转基因植株叶片中大量积累α-生育酚,且总生育酚含量也随之提高。(5)转基因苜蓿叶片正反两面的气孔发育均明显受到抑制,这可能是由于SPCHLESS基因的转录水平在转基因苜蓿中受到抑制所致。气孔密度的降低导致气孔导度和蒸腾效率急剧降低,进而提高了转基因植株的水分利用效率。(6)干旱实验显示,转基因苜蓿的抗旱性显著增强,同时叶片氧化损伤显著减轻,而且渗透调节物质积累增多。RNA-seq和qRT-PCR分析表明,MsTMT参与的干旱胁迫信号调控途径既涉及ABA依赖途径,也涉及ABA不依赖的途径。