欧洲黑杨PnHB7转录因子功能初步鉴定

来源 :河北农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lawrenceccc
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土壤盐渍化已成为限制林木生长发育的重要因素之一,基因工程技术通过将外源基因导入细胞并整合到林木基因组中,能够提高林木耐盐性。植物耐盐相关转录因子可通过调控下游抗逆基因的表达,显著提高植物耐盐的能力,通过对转录因子胁迫响应和调控机制的研究,可为林木耐盐育种工作提供理论和试验依据。本研究克隆得到来自欧洲黑杨(Populus nigraL.)的转录因子PnHB7基因并对其进行生物信息学分析,获得PnHB7基因及HD-Zip家族主要组成结构信息;运用基因工程技术,构建了遗传转化载体;通过农杆菌介导的遗传转化,获得烟草转基因植株,并对转基因植株进行耐盐性测定、启动子胁迫响应、亚细胞定位、转录组测序,获得PnHB7基因的表达位置、耐盐特性、胁迫响应和调控通路的预测信息。主要结果如下:
  (1)杨树HD-Zip家族由63个转录因子组成,分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ四个亚族,分别包含22个、17个、8个和16个转录因子;PnHB7转录因子属于杨树HD-Zip家族Ⅰ亚族,含有同源结构域(HD)和亮氨酸拉链结构(LZ);该基因位于杨树14号染色体上,全长717bp,编码238个氨基酸的多肽链,分子式为C1185H1861N329O387S8,分子量为27165.26Da,蛋白中不存在信号肽;上游启动子区域含多个与胁迫响应相关的顺式作用元件。
  (2)将PnHB7基因分别构建在pBI121和pCAMBIA1302质粒上,PnHB7基因的上游启动子区域1020bp的序列构建在pBI121质粒上,PCR和酶切检测后,得到PnHB7基因的过表达载体、PnHB7∶GFP融合表达载体和PnHB7基因的启动子载体;利用农杆菌介导法对野生型烟草进行遗传转化,经过卡那霉素筛选后得到转基因株系;将转基因烟草幼苗移植到温室中,提取DNA和RNA反转录成cDNA后进行PCR检测,可得到明亮、单一的目的条带,确认得到过表达烟草株系4个,启动子转化烟草株系3个。
  (3)以空载GFP作为对照,将GFP融合表达载体瞬时转化野生型烟草进行PnHB7基因的亚细胞定位,定位结果显示PnHB7∶GFP融合蛋白定位于细胞核。
  (4)转基因烟草盆栽苗耐盐性测定结果表明,0.4%和0.8%NaCl处理下,过表达烟草生长及生理指标均优于野生型烟草。NaCl处理下,转基因植株的地径、生物量、脱落酸含量、脯氨酸含量的平均值均高于野生型烟草,转基因植株的丙二醛含量、相对电导率、叶绿素a和叶绿素总量下降率的平均值均低于野生型烟草;荧光参数也优于野生型烟草,具更高的光合利用率和光保护机制,表明过表达烟草具有更强的耐盐性。
  (5)PnHB7启动子转化烟草幼苗的胁迫响应试验结果表明,烟草幼苗在2mg·L-1的脱落酸水溶液、150mg·L-1乙烯利PBST溶液、15mg·L-1的茉莉酸甲酯水溶液、0.4%的NaCl水溶液中处理30min后,可被GUS染液染蓝,表明PnHB7基因能够响应脱落酸、乙烯利、茉莉酸甲酯和氯化钠(NaCl)胁迫。
  (6)转基因烟草的转录组测序结果显示,激素相关蛋白基因(脱落酸、赤霉素、乙烯、水杨酸)、氧化酶类基因(氧化酶、过氧化物酶、多酚氧化酶)、转录因子蛋白基因(MYB类、WRKY、AP2、HD-Zip)等多个与抗逆相关基因显著上调表达,且多个基因位于ABA转导的信号通路上,推测PnHB7基因在ABA调控通路上发挥作用。
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