枳PtAOS1和PtNAC72基因响应干旱胁迫机理研究

来源 :湖南农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:haizhi19841029
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干旱胁迫是柑橘生产中影响产量和品质的主要非生物逆境,而柑橘中响应干旱胁迫的信号转导及分子调控机制仍有待进一步研究和完善。茉莉酸是植物中重要的一类调节物质,在干旱胁迫应答中发挥了重要的积极作用。枳(Poncirus trifoliata)是目前柑橘生产中应用最广泛的砧木,具有抗脚腐病、衰退病、耐寒和耐旱等优点。砧木作为果树生长的基础,其抗旱性对植株的适应能力及果实产量、品质有重要影响,因此研究枳的抗旱分子机理对未来柑橘育种具有重要意义。本研究基于前期的工作基础,以我国柑橘主栽砧木枳为试验材料,克隆分离了其丙二烯氧化物合酶(AOS)家族基因及其启动子,分析了AOS基因在干旱胁迫下的表达模式及其启动子转录激活核心区域和对激素的响应;同时采用酵母单杂交的方法筛选PtAOS1启动子潜在的调控因子并验证其在干旱胁迫中的功能;另外通过在大红甜橙中过量表达的方法验证PtNAC72的功能,探究PtNAC72在枳干旱胁迫应答中的作用。主要研究结论如下:1、克隆分离了枳AOS家族基因,它们在进化分析中被分在两个不同的分支上。其中PtAOS1与甜橙和阿月浑子的AOS1的进化位置更接近,而PtAOS2与克里曼丁橘和阿月浑子的AOS3的进化位置相近。干旱处理仅能够显著诱导PtAOS1基因的上调表达。外源JA能够诱导枳PtAOS基因家族上调表达,PtAOS1上调幅度显著高于PtAOS2,推测PtAOS1可能是枳JA合成途径中的主效基因。2、克隆分离了枳AOS基因启动子序列,分析表明PtAOS1与PtAOS2启动子区域均存在多个胁迫应答顺式作用元件和光响应元件以及激素应答元件。其中PtAOS1启动子主要的激素响应元件有茉莉酸甲酯响应元件(CGTCA-motif)和脱落酸响应元件(ABRE)。PtAOS2启动子中除ABRE外还含有生长素响应元件(TGA-element)和赤霉素响应元件(P-box)等。烟草瞬时表达分析表明PtAOS1启动子具有转录激活活性,而PtAOS2启动子活性十分微弱。对PtAOS1启动子的5’端缺失突变,确定了PtAOS1启动子活性的的核心区域为-532~-265bp,该区段的缺失直接导致PtAOS1启动子转录活性丢失,并失去对JA和ABA的响应以及转录激活能力。进一步分析显示PtAOS1启动子上游-532~-265bp区段内的CGTCA-motif和ABRE元件可能是影响PtAOS1启动子转录激活活性的核心元件。3、构建PtAOS1启动子酵母单杂交诱饵载体及干旱处理枳叶片c DNA表达文库。通过酵母单杂交筛选获得了5个与PtAOS1启动子互作的调控蛋白,分别为PtDUF886、PtDUF1685、PtPUP1、PtRBP1和PtRAP2.4。通过酵母单杂交回转验证和双荧光素酶活性分析表明这5个蛋白与PtAOS1启动子存在互作,且能够进一步增强启动子转录激活活性。4、荧光定量分析结果表明,干旱胁迫下枳PtDUF886、PtDUF1685、PtRBP1和PtRAP2.5都响应干旱呈现了不同程度的上调表达,而PtPUP1表达在干旱处理前期变化不大且在后期出现下调。PtDUF886、PtDUF1685和PtRAP2.4拟南芥同源基因突变体的表型鉴定发现,duf886、duf1685、rap2.4突变体种子发芽率均显著低于野生型拟南芥。干旱胁迫处理后duf886、duf1685、rap2.4突变体叶片萎焉严重,干旱处理后三个株系突变体丙二醛含量无显著变化而脯氨酸含量均显著低于野生型,表现为抗旱性减弱。脱水处理后,duf886、duf1685、rap2.4突变体的叶片失水率均显著高于野生型。此外,duf886、duf1685、rap2.4突变体耐盐胁迫能力显著下降。盐胁迫处理下duf886、duf1685、rap2.4突变体的脯氨酸含量显著低于野生型,植株的叶片黄化比例更高,受胁迫程度更严重,说明DUF886、DUF1685和RAP2.4三个基因可能在植物非生物胁迫响应中发挥了正调控作用。5、枳PtNAC72能够显著被干旱胁迫所诱导上调表达,超表达PtNAC72大红甜橙植株的MDA含量显著高于野生型,而脯氨酸、过氧化物酶和过氧化氢酶含量均低于野生型,表现为抗旱性弱于野生型大红甜橙,表明PtNAC72可能是枳干旱胁迫响应中的负调控因子。干旱处理超表达PtNAC72大红甜橙转录组测序鉴定到4886个差异表达基因,其中3620个基因上调表达,1266个基因下调表达。差异表达基因富集的主要通路为植物-病原菌互作、MAPK信号通路和植物激素信号转导途径,三个主要代谢通路表达量发生变化的基因分别占差异表达基因总数的14.02%、20.93%和7.8%。
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