AsHSP26.8介导匍匐翦股颖逆境胁迫响应的研究

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近年来,高温、干旱和盐渍等极端环境造成作物产量和品质下降,探索植物响应非生物胁迫机制,增强作物应对逆境胁迫能力是目前科研工作者亟需克服的难题。小热激蛋白是植物中普遍存在的一类逆境表达蛋白,在植物生长发育和应对逆境胁迫方面具有重要的作用。AsHSP26.8是叶绿体定位的小热激蛋白基因,本研究利用分子生物学实验技术成功将AsHSP26.8遗传转化匍匐翦股颖,并以转基因匍匐翦股颖为研究对象,探讨AsHSP26.8介导植物抵御高温、高盐和干旱逆境的调节机制。主要研究结果如下:1、亚细胞定位结果显示AsHSP26.8-GFP融合蛋白荧光信号与叶绿体自发荧光相重合,与拟南芥同源基因AtHSP21定位相似,由此推断AsHSP26.8定位于植物叶绿体基质类囊体膜上。2、高温(40℃/37℃,昼夜)胁迫下,过表达AsHSP26.8转基因植株(TG)叶片迅速失绿泛黄,受到严重的损伤,而野生型(WT)仅受到轻微的热害损伤。热处理后的恢复过程中,仅有少量的转基因植株能够恢复生长,且生长缓慢,而WT在恢复28d后,全部恢复正常生长。正常情况下,转基因植株叶绿素含量显著低于WT。高温胁迫2-4 d后,转基因植株叶绿素含量和相对含水量(RWC)显著低于WT。这表明转基因植株在热胁迫下,保水能力降低。热胁迫下,转基因植株相对电导率显著高于WT,O2-含量没有显著差异,但H2O2含量显著高于WT。相比于WT,转基因植株在热胁迫下,更容易积累活性氧,细胞膜受损更为严重。实时定量RT-PCR结果显示转基因匍匐翦股颖AsHSP17表达量高于WT,而AsHSFA2相对表达量低于WT。这表明AsHSP26.8影响其他响应热胁迫基因的表达,从而导致转基因匍匐翦股颖耐热性减弱。3、盐(200 mMNaCl)处理28d后,转基因匍匐翦股颖表现出更为严重的损伤,叶片组织大部分枯萎,失绿泛黄,而WT对照植株叶片受到盐胁迫损伤要比TG植株轻。经过38d的恢复,WT植株大部分恢复正常生长,仅有少量TG植株在盐胁迫下存活下来,但生长速度比WT慢很多。恢复生长后WT地上部长度显著高于TG,WT植株的鲜重和干重也显著高于TG植株。这些结果表明过表达AsHSP26.8增加了匍匐翦股颖对盐肋迫的敏感性,同时又抑制了转基因植株盐胁迫后的恢复生长。在盐胁迫处理期间,转基因植株的相对含水量显著低于WT。正常条件下,转基因植株叶绿素含量低于WT,这种差异在盐胁迫下更加明显。此外,盐胁迫下,转基因植株相对电导率和H2O2含量显著高于WT。盐处理第2和4d,转基因匍匐翦股颖Na+含量显著高于WT,K+/Na+比值均低于WT。与WT相比,转基因植株HKT1基因表达显著下调,而SOS1略有上调。这表明AsHSP26.8通过调节植物组织中Na+的含量,稳定Na+与K+的动态平衡来调控植物对盐胁迫的响应机制。4、干旱处理14 d后,WT受到严重损伤,大部分WT植株缺水死亡,而转基因植株相比于WT,转基因植株仅受到轻微的损伤。随后的恢复实验结果显示,大多数转基因植株能够恢复正常生长,而WT的恢复情况较差。在干旱处理期间和恢复期间,转基因植株相对含水量显著高于WT,相对电导率显著低于WT。在正常情况下转基因植株叶绿素含量显著低于WT,但干旱处理14 d后,WT的叶绿素含量急剧下降,并显著低于TG。这表明干旱胁迫下,AsHSP26.8通过改善的保水能力、保护细胞膜不被破坏,防止叶绿素降解,来保护植物免受干旱胁迫损伤。RT-PCR结果显示,与野生型对照相比,过表达AsHSP26.8转基因匍匐翦股颖中AsABI5、AsDREB1B和AsDREB1C表达上调,AsPP2C11表达下调,这表明AsHSP26.8通过改变ABA信号通路中相关基因的表达来协调植物应对干旱胁迫的反应,从而提高植物的抗旱能力。
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