ZmBSK1与ZmCCaMK转基因玉米材料的构建及ZmBSK1转基因玉米的耐盐性分析

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植物在生长发育过程中会遭受干旱、高盐、冷害等多种非生物胁迫因素的影响。非生物胁迫会使植物体内活性氧(reactive oxygen species,ROS)大量积累,破坏细胞内蛋白质、脂质和核酸等生物大分子,进而产生氧化损伤,最终导致细胞死亡。植物在长期进化的过程中形成了一套复杂而又高效的抗氧化防护系统,进而减轻植物在环境胁迫下的氧化损伤。玉米钙/钙调素依赖性蛋白激酶(Zea mays calcium/calmodulin-dependent protein kinase,ZmCCaMK)已被证实参与植物体内的抗氧化防护过程,并且初步研究发现ZmCCaMK在增强植物耐逆性的过程中发挥重要的作用。为了进一步探究ZmCCaMK在植物抗氧化防护及耐逆中的作用机制,我们前期筛选到了 一个与ZmCCaMK相互作用的蛋白--玉米BR信号通路激酶1(Zea mays BR-signaling kinase 1,ZmBSK1),并且 ZmBSK1 可以体外磷酸化 ZmCCaMK 的第 67位丝氨酸。本实验室利用玉米原生质体瞬时表达系统验证了 ZmCCaMK和ZmBSK1相互作用共同调节植物的抗氧化防护过程。由于缺乏遗传学证据,本研究构建了ZmCCaMK和ZmBSK1转基因玉米材料用来更好的探究ZmBSK1和ZmCCaMK在玉米体内的作用机制,主要实验结果如下:1、通过农杆菌介导的玉米茎尖遗传转化法,构建ZmCCaMK、ZmCCaMKS674、ZmCCaMKS67D、ZmCCaMKK45R、ZmBSK1、ZmBSK1 G2A 和 ZmBSK1K100R 过表达玉米植株,通过PCR鉴定、RT-PCR分析和western blot检测确定遗传材料构建成功,并自交繁种得到T2代纯合玉米植株;2、对得到的ZmBSK1转基因玉米的T2代纯合植株进行耐盐性分析:(1)200 mM NaCl处理玉米种子,观察种子萌发时期的根长。结果显示,与野生型相比,ZmBSK1转基因玉米种子根长显著增长,对NaCl更具有耐受性;(2)200 mM NaCl处理ZmBSK1转基因玉米三叶期幼苗,结果显示,与野生型相比,ZmBSK1转基因玉米植株更加健壮,存活率显著提高,对盐胁迫的耐受性更强;(3)对NaCl处理后的玉米进行生理生化指标的测定,结果显示,与野生型相比,ZmBSK1转基因玉米的抗氧化防护酶(APX、SOD和CAT)活性和脯氨酸含量显著增加、电解质泄漏率和MDA含量显著降低。以上结果表明,过表达ZmBSK1增强了转基因玉米植株在盐胁迫下的抗氧化防护能力及玉米植株对盐胁迫的耐受性;3、通过三引物法鉴定UniformMu中玉米bsks缺失突变体材料并进行繁种,获得T2代纯合植株。
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