辣椒脱水素基因CaDHN5在盐胁迫下的功能分析

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盐胁迫是植物面临的三大非生物胁迫之一,渗透胁迫是一类由盐胁迫引起的次生胁迫,这对植物生长发育过程有极大的影响。脱水素(Dehydrins,DHNs),属于LEAⅡ家族,在植物响应这两种逆境的过程中有重要作用。实验室之前的研究表明,辣椒脱水素家族成员CaDHN5在盐和渗透胁迫下被大量诱导。本研究以辣椒品种P70与哥伦比亚型拟南芥为材料,采用基因沉默与过表达的方法,获得辣椒基因沉默植株与拟南芥过表达植株,测定盐与渗透胁迫处理前后植株叶片MDA、电导率、脯氨酸、叶绿素含量、部分酶活、失水率等各项生理指标的变化;定量分析盐与渗透胁迫下部分逆境相关表达量变化,以期从植物生理学和分子生物学两方面鉴定CaDHN5在盐和渗透胁迫下的功能。取得的主要结果如下:(1)对CaDHN5蛋白的在细胞中的表达位置进行了确定,发现CaDHN5蛋白在细胞核与细胞膜中均有表达。(2)在辣椒品种P70中运用VIGS技术沉默CaDHN5后,对基因沉默以及对照植株进行盐和渗透胁迫处理发现,与对照植株相比,辣椒基因沉默植株叶片内MDA、脯氨酸含量明显高于对照植株,而叶绿素含量、SOD酶活、POD酶活明显低于对照植株,这些指标的变化表明了在辣椒中沉默CaDHN5后,基因沉默植株对于盐和渗透胁迫的抵抗力也随之下降。(3)对CaDHN5沉默之后辣椒中的逆境相关基因(CaMn SOD,CaPOD,CaERD15)的表达量分析表明,随着CaDHN5的沉默,逆境相关基因表达也有较为明显的降低。同时CaDHN5的沉默也导致了在沉默株系中活性氧的积累增多,而这种积累增多可能是由于编码SOD、POD酶等基因表达量下降,导致植物清除活性氧的能力下降。(4)CaDHN5在拟南芥中过表达之后进行盐与渗透胁迫处理,转基因株系发芽率明显优于WT,在渗透胁迫处理的第6天,转基因株系的发芽率为100%,而此时WT的发芽率仅为20%。并且在WT中处理后植物叶片中的MDA含量为转基因株系的6倍,并且叶绿素含量转基因植株高于WT,增强了拟南芥对盐和渗透胁迫的耐受性。同时在对盐与渗透胁迫相关基因的表达量进行定量分析时发现,水分响应、盐胁迫响应、茉莉酸途径内多个基因的表达量都有明显上调。(5)运用酵母双杂交技术对CaDHN5的互作蛋白进行筛选发现,CaDHN5与叶绿素合成分解相关蛋白以及一些代谢通路相关蛋白可能存在互作。综合以上实验结果,我们初步阐明了CaDHN5对植物盐胁迫抗性的改善,是通过改善植物对渗透胁迫的耐受性以及提高盐和渗透胁迫下多种胁迫相关基因的表达量来实现的。
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