狗牙根CdNF-YA23基因响应盐胁迫的功能解析

来源 :中国科学院大学(中国科学院武汉植物园) | 被引量 : 0次 | 上传用户:boyanfang
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我国盐碱地面积大、分布广。由于盐碱化程度高,适合盐碱地种植的植物种类缺乏,许多地区呈现寸草不生的荒凉状态,从而造成土壤资源的巨大浪费。此外,这些盐碱化地区容易引发盐碱尘暴,盐碱灰霾和盐渍化泛滥扩散,造成严重的生态灾难和环境污染,危害人类健康和农业生产。狗牙根(Cynodon dactylon)因其具有成坪速度快、草坪质量好、抗逆性强等优点,被广泛应用于运动场草坪、园林绿化和边坡防护等,被誉为暖季型草坪草当家草种。近年来,狗牙根也被应用于盐碱地的生态修复,但由于其耐盐能力有限,中重度盐碱地区仍缺乏高耐盐狗牙根新品种。通过分子育种技术来改良狗牙根的耐盐能力可提高育种效率。然而,目前关于狗牙根耐盐基因及其响应盐胁迫的分子机制研究匮乏。本研究通过分析狗牙根全长转录组数据库,克隆了一个受盐胁迫显著诱导的NF-Y类转录因子基因CdNF-YA23,开展了该基因基本特性、表达模式、生物学功能等方面的研究,主要结果如下:1.CdNF-YA23基因克隆及表达模式分析以狗牙根种质“WBD128”cDNA为模板,克隆了CdNF-YA23基因CDS序列,全长939 bp,编码312个氨基酸。qRT-PCR表达分析发现,CdNF-YA23基因同时受到盐、干旱、低温、ABA和JA的显著诱导,其中盐胁迫下的诱导倍数最高。通过染色体步移技术获得CdNF-YA23基因启动子区域序列,构建CdNF-YA23:GUS表达载体,转化拟南芥得到的转基因株系经盐、干旱、ABA处理后,GUS信号显著增强。2.CdNF-YA23转录因子特征分析构建CdNF-YA23:GFP表达载体,转化农杆菌,注射烟草叶片,在激光共聚焦显微镜下观察发现,CdNF-YA23蛋白定位于细胞核中,表明它可能在细胞核中发挥其功能。构建pGBKT7-CdNF-YA23酵母表达载体,转化Y2H酵母感受态细胞,在SD/-Trp/x-α-gal划线,结果显示,CdNF-YA23具有很强的自激活活性。通过截短实验的自激活活性检测,发现位于该基因的1 bp-169 bp序列是CdNF-YA23基因的自激活活性区域,169 bp-939 bp序列是CdNF-YA23基因CDS全长序列中没有自激活活性的最长片段。3.CdNF-YA23过表达转基因拟南芥幼苗对盐和ABA敏感构建35S:CdNF-YA23过表达载体转化拟南芥,得到转基因株系,对CdNF-YA23过表达转基因拟南芥幼苗进行盐、干旱、低温和ABA处理。结果显示,盐处理下CdNF-YA23过表达拟南芥幼苗根伸长和绿苗率均显著低于对照拟南芥;ABA处理下CdNF-YA23过表达拟南芥幼苗根伸长和生物量均显著低于对照拟南芥。200 mM NaCl处理下,CdNF-YA23过表达拟南芥成苗的丙二醛含量、电导率、Na+含量、K+含量、Na+/K+均显著高于对照拟南芥,叶绿素含量和OJIP曲线均显著低于对照拟南芥。以上结果表明过表达CdNF-YA23基因提高了转基因拟南芥对盐胁迫和ABA的敏感性。进一步分析表明,盐胁迫下CdNF-YA23过表达拟南芥中,AtRD29A基因表达量显著低于对照植株。4.CdNF-YA23过表达转基因水稻植株的获得为了进一步明确CdNF-YA23基因功能,我们转化了禾本科模式植物水稻。在根瘤农杆菌AGLI介导下,使用愈伤组织转化水稻,并对T0代植株进行检测,目前已获得5个水稻转基因阳性株系,准备进行转基因水稻的耐盐性表型分析。综上所述,本研究通过克隆CdNF-YA23基因并对其进行了时空表达模式、转录因子特征和生物学功能分析表明,过表达CdNF-YA23基因可提高转基因拟南芥对ABA以及盐胁迫的敏感性,初步解析了狗牙根CdNF-YA23基因介导的耐盐分子生理机制,为狗牙根耐盐育种提供了科学依据。
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