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干旱与热是植物生长的非生物胁迫两种主要因素,植物新陈代谢将因此发生变化,生理活动受到阻碍出现萎蔫。因此它们严重影响了植物的生长,成为现代农业发展和城市绿化的严重制约因素。研究植物抗逆的分子生物学机制,通过基因工程改良物种对干旱或着高温的耐受性,是解决这些非生物胁迫对现代农业发展和城市绿化制约的有效方法。
AsEXP1基因是从极端耐热型草种A.scabra中分离的到扩展蛋白基因,在高温胁迫下大量表达。实验证明该基因与A.scabra的耐热品质密切相关,是耐热基因。本实验是从草坪草的另一耐热植物翦股颖"Penn A-4"基因组中通过基因组步移的方法克隆到AsEXP1基因全长,全长2.6kb左右包括启动子、三个编码区、两个内含子及3非翻译区。两个内含子分别位于+136~+244(以翻译起始位点为+1)和+561~+907之间,内含子Ⅰ由108对碱基组成,内含子Ⅱ由344对碱基组成。AsEXP1基因5-非编码区包括启动子部分约1.0kb的DNA片段,通过PLACE数据库分析发现其TATA box附近和下游区含有大量ABA、GA激素的识别应答元件。这暗示该基因在抗热翦股颖中的表达很可能与ABA、GA的调控有着密切的关系。RT-PCR实验初步证实该基因受ABA、GA的调控。
为了研究草坪草狗牙根耐旱的分子机制,本实验通过抑制性消减杂交建立Tifway(耐旱品种)和C299(旱敏感品种)的5天和10天的干旱胁迫cDNA文库,比较两品种间旱诱导上调表达基因的差异,并通过半定量RT-PCR确定Tifway中与耐旱密切相关的基因。实验结果表明:与植物蜡质合成密切相关的CER1基因,与消除氧自由基密切相关的SOD,glutathione peroxidase,2-Cysperoxiredoxins,GAPDH以及与抗逆相关的转录调节因子EREBP-4和WRKY,上述基因在Tifway中的表达量远高于C299。此结果显示了Tifway主要从消除氧自由基及减少水份散失等多个方面应对旱的胁迫。这些基因可作为耐旱分子标记的候选基因筛选更多的耐旱品种,也可以在克隆到基因全长后转化到农作物或草坪植物中提高它们的耐旱品质,克服干旱和高温对农业生产和城市绿化的影响。