CsERF基因调控黄瓜耐涝性的初步研究

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黄瓜(Cucumis sativus L.)(2n=14)是世界范围内重要的蔬菜作物之一。我国是黄瓜生产大国,栽培历史悠久,经济效益显著。黄瓜起源于亚热带,具有喜湿但不耐涝的特性。其根系入土浅,通气组织不发达,极易受到涝胁迫危害。在长江流域及其以南地区,由于季节性降雨和突发性、爆发性降雨发生频率高,不仅露地黄瓜生产受到影响,设施栽培条件下也常常严重受涝,造成黄瓜产量损失和品质下降。因此,耐涝性改良已成为黄瓜育种中亟待解决的问题。分离鉴定耐涝基因并研究基因功能,利用现代分子生物学手段创新种质和选育耐涝品种是缓解涝胁迫危害,生产优质黄瓜的有效途径。本研究采取不同的胁迫处理方式,结合乙烯作用的促进剂和抑制剂研究黄瓜耐涝品系早二N在淹水条件下乙烯响应因子ERF及淹涝标志基因ADH在淹涝后的表达调控模式。主要结果如下:1.从黄瓜基因组数据库中获得123对ERF家族基因,参照拟南芥ERF家族的分类方法,将其分为十类,其中第Ⅶ类共有三个基因,分别命名为CsERF1、CsERF2和(CsERF3。利用同源克隆法在早二N中克隆得到这三个基因的全长序列,通过比对分析发现与黄瓜基因组所公布的序列的相似度均为100%。2.采用气相色谱法测定黄瓜耐涝品系早二N淹涝12小时后根系乙烯释放速率,并利用RT-PCR技术分析控制乙烯合成关键基因ACS, ACO在淹涝处理后不同时间点的表达变化。结果表明:(1)与对照相比,淹涝12小时后早二N根系乙烯释放速率明显上升;(2)淹涝并结合乙烯合成抑制剂硝酸银的使用后,根系乙烯释放速率明显被抑制;(3)淹涝条件下的ACS基因表达量明显上升,并在12小时出现了最高值,之后则逐渐下降;(4)淹涝条件下的ACO基因表达量逐步上升,并在12小时至48小时内保持相对稳定。这两个基因的上调表达,加速ACS及ACO这两个关键酶的合成,从而加速乙烯的合成与释放。3.利用RT-PCR技术,分析了黄瓜耐涝品系早二N在淹水处理后不同时间点CsERF1、 CsERF2和CsERF3三个基因的表达变化。结果表明:(1)与对照相比,淹涝条件下的CsERF1基因表达量明显上升,并在12小时出现了最高值,之后则逐渐下降;(2)淹涝条件下的CsERF2基因表达无规律性;(3)淹涝条件下的CsERF3基因量很低且无规律性。可以初步说明CsERF1基因参与黄瓜耐涝响应,而CsERF2和CsERF3这两个基因不参与调控淹涝胁迫。4.使用不同浓度琼脂胶模拟低氧环境条件下早二N在处理后4小时及12小时后CsERF基因的表达变化。结果表明:(1)随着琼脂胶浓度的升高,CsERF1基因的表达量也明显上升;(2)(CsERF2、CsERF3基因的表达量仍很低且无规律性。可以说明黄瓜CsERF1基因与淹涝条件下溶液中氧气浓度密切相关,而CsERF2、CsERF3则与氧气浓度无密切联系。5.利用RT-PCR技术,分析了黄瓜耐涝品系早二N在淹水处理后不同时间点耐涝标志基因ADH的表达变化。结果表明:(1)对照的材料ADH基因表达量变化不明显;(2)淹涝胁迫后ADH基因表达量明显上升,并在12小时达到最大值,之后则逐渐下降。可以说明ADH基因也参与黄瓜淹涝胁迫的响应。6.结合使用乙烯受体抑制剂1-MCP及乙烯作用促进剂乙烯利12小时预处理早二N,分析淹涝12小时后CsERF1和ADH基因的表达变化。结果表明:(1)1-MCP预处理可以抑制淹涝条件下CsERF1和ADH基因的表达;(2)乙烯利预处理可以促进淹涝条件下CsERF1和ADH基因的表达。通过该实验进一步确认了CsERF1基因参与参与黄瓜淹涝胁迫的响应,且参与响应的方式可能是通过调控ADH基因的表达。7.分别分析了营养生长期和生殖生长期CsERF1、CsERF2、CsERF3及ADH基因表达变化。结果表明:(1)在不同生长发育期,CsERF1和ADH基因响应淹涝胁迫的表达模式趋于一致,均为先上升,并在12小时达到最大值,之后逐渐下降;(2)CsERF1基因的表达水平:苗期<营养生长期<生殖生长期,ADH基因的表达水平:苗期<营养生长期<生殖生长期;(3)CsERF2、CsERF3基因的表达均无规律性。CsERF1及ADH基因均是开花期的表达量高于营养生长期,这可能是由于开花期的植株能量需求旺盛,需要大量的营养物质,因而为维持植株存活需要加速ADH基因的表达提供更多的能量。
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