紫花苜蓿UV-B光受体MsUVR8的遗传转化及功能研究

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紫花苜蓿(Medicago sativa)是一种多年生的豆科植物,因其富含多种生物活性物质,所以也是一种营养价值极高的优质牧草。紫花苜蓿具有发达的生根系统,并与土壤根瘤菌建立了共生关系,该细菌能从空气中固定氮,从而为植物提供氮和提高土壤氮肥力,为后续作物轮作提供养分。UV-B是植物生长发育的关键调控因子。低剂量UV-B(280-315 nm)可诱导植物的光形态反应,从而改变光合能力、形态发生和防御反应。UV-B光受体UVR8(UV Resistance Locus 8)通过调控一系列靶基因的转录,介导了UV-B参与的光形态建成的发生。UVR8感知UV-B而发生单体化被激活,在细胞核内快速积累,UVR8单体与E3泛素连接酶COP1(Constitutively photomorphogenic1)相互作用启动UV-B信号转导通路。实验前期成功克隆了紫花苜蓿UV-B光受体基因Ms UVR8,并将其连接到由强启动子Ca MV35S启动子驱动的质粒载体上,构建过表达载体p CAMBIA1300-Ms UVR8-GFP。本实验以紫花苜蓿为材料,对无菌苗及愈伤组织的诱导条件进行了优化,采用农杆菌介导法进行遗传转化,获得了Ms UVR8过表达的愈伤组织。对UV-B辐射后愈伤组织中紫外吸收物的积累、黄酮醇含量和抗氧化性能进行了检测,并进一步分析了UV-B信号通路下游靶基因(PAL、CHS、CHI、FLS)的转录活性。得到的实验结果如下:(1)对紫花苜蓿种子进行预泡种处理,经2.0%Na Cl O消毒8 min,获得的无菌苗发芽率较高,且染菌率最低。用含有2.0 mg/L 2,4-D,1.0 mg/L KT,0.5 mg/L 6-BA的MS诱导培养基,愈伤组织和胚性愈伤组织的出愈率均较高,可达到82.77%和73.04%。(2)未进行低剂量UV-B处理时,Ms UVR8蛋白主要分布在烟草表皮细胞的细胞质内。经过低剂量UV-B处理后,Ms UVR8蛋白则主要聚集分布在细胞核内。(3)用农杆菌介导法进行遗传转化,通过整体浸染法、子叶切块浸染、愈伤组织浸染三种不同的途径进行转化,表明采用愈伤组织浸染法遗传转化率相对较高。GFP荧光瞬时表达检测显示,紫花苜蓿愈伤组织具有明显的绿色荧光产生,说明GFP基因在受体组织中得到了高效表达。(4)对UV-B辐射后愈伤组织紫外吸收物的含量进行测定,发现野生型愈伤组织经UV-B辐射后类黄酮物质含量无显著差异,Ms UVR8过表达愈伤组织类黄酮含量较野生型含量明显升高,且经UV-B辐射后过表达愈伤组织的类黄酮物质含量进一步显著升高。UV-B辐射后,野生型愈伤组织花青素含量明显升高。Ms UVR8过表达愈伤组织中花青素含量较野生型高。经UV-B辐射后,过表达愈伤组织花青素含量进一步显著升高。Ms UVR8过表达愈伤组织中总酚含量较野生型明显增加,但经UV-B辐射后均无显著变化。(5)野生型和Ms UVR8过表达的愈伤组织经UV-B辐射后,进行DPBA荧光标记,发现UV-B辐射促进了细胞中黄酮醇的合成,Ms UVR8过表达愈伤组织中黄酮醇含量最高。(6)UV-B辐射处理后紫花苜蓿愈伤组织褐化现象严重,Ms UVR8过表达愈伤组织经UV-B照射后褐化现象减轻。DAB和NBT染色显示,UV-B辐射后野生型愈伤组织过氧化氢和超氧阴离子积累增加,Ms UVR8过表达愈伤组织中两种物质积累与未经UV-B辐射的愈伤组织差异不明显,表明Ms UVR8可以增强植物组织细胞的抗氧化性能,减少了UV-B胁迫引起的氧化损伤。(7)对UV-B信号通路相关基因的转录活性进行了检测,农杆菌浸染处理均促进了PAL,CHS,CHI和FLS四种类黄酮合成相关基因的表达,UV-B辐照后野生型愈伤组织中PAL,CHS和FLS表达明显被激活,CHI表达无明显差异。Ms UVR8过表达愈伤组织经UV-B处理后,四种基因表达活性均最大,相对其它三组表达量均显著增强。
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