甘蓝型油菜硼酸转运子基因BnBOR1;3s参与硼响应的研究

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硼是植物生长发育所必需的微量元素,缺硼是世界范围内普遍存在的农业问题。甘蓝型油菜对低硼胁迫敏感,需硼量大。缺硼破坏细胞壁的完整性,限制植物的正常生长发育和花器官的形成,导致减产甚至绝产。我们前期工作详细地阐述了组织特异性表达的硼酸转运子基因BnBOR1;1c在油菜硼稳态中的分子调控机理,然而关于组成型表达的BnBOR1;3s基因研究较少。本文以BnBOR1;3s基因作为研究对象,对其进化关系、运硼能力、硼胁迫的响应以及定位进行了深入地研究,且通过遗传分析明确了BnBOR1;3s在甘蓝型油菜中参与硼转运相关的功能。主要结果如下:1甘蓝型油菜BOR1家族分析利用油菜数据库,分析了甘蓝型油菜BnBOR1家族的6个同源拷贝的理化性质和特征,发现油菜BnBOR1家族拷贝与拟南芥At BOR1基因同源性较高,均在89%以上。同时分析了甘蓝型油菜BnBOR1家族基因与白菜、甘蓝、玉米、小麦、水稻和大麦硼酸转运子BOR1的进化关系,发现油菜BnBOR1家族的6个同源拷贝分别来自白菜和甘蓝基因组,蛋白序列证明油菜BnBOR1与拟南芥At BOR1同源性均在90%以上。2甘蓝型油菜BnBOR1;3s蛋白排硼能力分析在酵母系统中分析BOR1蛋白的排硼能力。结果表明,甘蓝型油菜BOR1蛋白都具备排硼能力,通过测定酵母细胞内硼酸浓度,发现在甘蓝型油菜BOR1家族中,BnBOR1;3a排硼能力最强。其蛋白序列上430号氨基酸为丝氨酸,与其它BOR1基因存在差异,结构预测此残基突变改变了蛋白构象。点突变分析表明430号丝氨酸残基是维持强排硼能力所必需的氨基酸。此外,还鉴定到660号丝氨酸残基也是维持BnBOR1;3a强排硼能力所必需的氨基酸。3 BnBOR1;3s的表达和定位分析在油菜QY10中,BnBOR1;3a和BnBOR1;3c基因在下胚轴和地上部节中均有表达,且不受缺硼诱导,两者在根中的表达量显著高于地上部的表达量。在拟南芥中,报告基因GFP标记的BnBOR1;3a和BnBOR1;3c主要定位于细胞膜上。高硼条件下,BnBOR1;3c-GFP蛋白水平不降解。4 BnBOR1;3s基因的功能分析低硼胁迫下,BnBOR1;3c敲除油菜比野生型对照出现更显著的缺硼症状,如主根生长受阻,根尖为槌状且无法正常伸展,叶片增厚且叶色变深,叶缘明显卷曲皱缩;在拟南芥中,过表达BnBOR1;3s能显著提高鲜重和促进根长,部分过表达株系鲜重和根长可回复至突变体bor1-1的两倍,证明BnBOR1;3s对油菜硼稳态的维持十分重要。综上所述,BnBOR1;3s基因在甘蓝型油菜根中有很强的组成型表达;其蛋白定位于细胞膜上且不受高硼诱导而降解;遗传分析表明BnBOR1;3s基因参与了油菜体内硼稳态的调控。
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