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逆境胁迫严重影响植物生长发育,造成作物减产。因此选育获得抗旱、耐盐植物新品种具有重大的战略意义。当受到各种不利环境的影响时,生物体能过量合成抗胁迫保护剂来应答环境条件改变。在逆境胁迫条件下,甘油是一种理想的细胞内抗胁迫保护剂。同时,3-磷酸甘油脱氢酶(GPDH)作为生物体内甘油合成代谢途径中的限速酶,直接决定了葡萄糖分解代谢过程中向甘油合成方向的物质流分配量和甘油合成水平。烟草作为一种重要的模式植物,在遗传学,生理和代谢过程等方面发挥了积极的作用,因此烟草已经成为国内外学者研究的热点,而对于在烟草中过量表达来源于产甘油假丝酵母的3-磷酸甘油脱氢酶来提高其抗逆性方面还没有相关报道。因此本研究意在选育一株能提高烟草甘油合成能力的转基因植株,提高其抗胁迫能力。
为了更好地对产甘油假丝酵母甘油合成关键酶基因GPD1的上游序列(PCggpd)的调控功能进行分析,本研究克隆了来自于水母的绿色荧光蛋白基因gfp及不同长度的启动子PCggpd,构建了含报告基因gfp的系列重组表达载体pYX212-PCggpd-gfp,电击转入酿酒酵母W303-1A后将系列重组型酿酒酵分别置于YEPD培养基以及添加了6%的NaCI的YEPD培养基中进行培养,检测PCggpd启动报告基因gfp表达的差异。通过荧光检测表明,800bp(含800bp)以上的PCggpd片段都能成功启动gfp的表达,在6%的NaCl下,GFP的表达存在明显差异,启动子PCggpd长度为1000bp时受渗透压影响最大,调控能力最强。这可能与GPD1上游序列中存在的渗透压胁迫应答元件有关。
根据上述研究结果,将1000bp的启动子片段融合报告基因gfp,构建得到重组植物表达载体p3300-zeocin-PCggpd(1000)-gfp,电击转化根癌农杆菌LBA4404得到阳性转化子LBA4404/p3300-zeocin-PCggpd(1000)-gfp后,利用根癌农杆菌介导转化烟草K326,通过叶盘法获得转基因烟草;根据报告基因gfp在转基因烟草中的表达研究发现,该启动子在烟草中能启动gfp基因的表达,且在一定NaCl盐胁迫范围内,烟叶中GFP的表达量有所提高。
构建重组植物表达载体p3300-zeocin-PCggpd(1000)-GPD1,电击转化根癌农杆菌LBA4404得到阳性转化子LBA4404/p3300-zeocin-PCggpd(1000)-GPD1后,利用根癌农杆菌介导转化烟草K326,通过叶圆片转化法获得含有产甘油假丝酵母3-磷酸甘油脱氢酶全长基因CgGPD1的转基因烟草。通过检测烟叶中的甘油积累和GPDH酶活力发现,转基因烟叶中的甘油含量和GPDH酶活均高于原始烟草,且在一定NaCl盐胁迫范围内,随胁迫力度的增加而提高。