转PaGLK基因银中杨叶色、根际土壤酶活性及微生物群落组成分析

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GLK是一类在植物中广泛存在的转录因子,在调控叶绿体发育等方面起到关键作用。研究团队前期获得的PaGLK抑制表达银中杨在苗期时,叶色呈现鲜艳黄绿色,在园林绿化中具有较高的观赏价值和广阔的前景。为了后续转PaGLK银中杨的产业化推广应用,试验以获得的PaGLK过表达银中杨(OE)、PaGLK抑制表达银中杨(RE)为研究材料,开展生长、叶色分析,根际分泌物、根际土壤酶活性及微生物群落组成研究,为后续转基因银中杨的环境生态安全性评价及产业化提供参考。研究结果如下:(1)采用PCR及qRT-PCR技术对2年生的转PaGLK银中杨进行分子检测,结果表明,导入的目标基因及Bar抗性基因仍整合在转基因株系基因组中并能够稳定表达。(2)转基因银中杨叶绿素相对含量及叶色参数测定显示,OE1株系的叶绿素含量显著高于WT株系,叶色亮度及黄色程度显著低于WT株系;RE株系呈现叶绿素含量显著低于WT株系,叶色亮度和黄色程度显著高于WT株系的规律。生长分析显示,2年生、3年生转基因银中杨过表达株系OE的苗高均显著低于WT株系,而2年生的RE3株系、3年生的3个RE株系的苗高显著低于WT株系。(3)以OE、RE及WT株系为材料,基于转录组测序的差异基因分析显示,相对WT株系,RE株系的上调基因主要为对刺激的反应、对非生物刺激的反应、对含氧化合物的反应等相关基因;下调基因主要为光合作用、光合作用,光反应、光合电子传递链等相关基因;OE株系中表现上调的基因主要在细胞过程、细胞周期、有丝分裂细胞周期等过程;下调基因主要在蛋白质磷酸化、跨膜转运、对刺激的反应等过程中。(4)以OE、RE及WT株系的根系分泌物为材料,采用LC-MS非靶向代谢组学技术测定及分析,共筛选鉴定得到614个差异代谢物。RE_WT、OE_WT与RE_OE这3个对比组共有28个共同差异代谢物,其中5种差异代谢物含量在RE株系中显著上调,而在OE株系中则显著下调;另外的23种差异代谢物含量,其中的2种在转PaGLK银中杨株系中显著上调,21种显著下调。相对WT株系,RE株系中(S)-ACPA含量显著升高、京尼平苷酸含量次之;而在OE株系中(S)-ACPA、京尼平苷酸及吡喃香豆素含量则明显降低。(5)以OE、RE及WT株系根际土壤为材料,采用分光光度法测定其酶活性。在不同的生长发育时期转基因株系与WT株系间的差异不尽相同。在9月中旬,RE株系根际过氧化氢酶及纤维素酶的活性呈现高于WT株系的趋势;OE株系根际中性蛋白酶的活性呈现高于WT株系的趋势,其它4种酶活则呈现低于或显著低于WT株系的趋势。(6)以OE、RE及WT株系根际土壤为材料,利用高通量测序技术分析细菌、真菌群落组成差异。参试株系根际土壤细菌群落组成在属水平上共有971个属,伯克霍尔德菌属(Burkholderia)是银中杨根际土壤细菌群落的优势类群(OE1例外),其相对丰度在RE株系中显著高于WT株系,而OE株系的相对丰度则显著低于WT株系。真菌群落结构在属水平上共有466个属,棉革菌属(Tomentella)是银中杨根际真菌群落的优势类群,该菌属在WT株系根际的相对丰度最高。另外,OE株系根际小球孢盘菌属(Sphaerosporella)相对丰度显著增多,而RE株系根际的梨形孢属(Serendipita)菌属相对丰度显著高于WT及OE株系。综上研究,转PaGLK银中杨中的外源基因及目标基因仍稳定存在,转基因活动对银中杨根际土壤酶活及微生物组成产生一定的影响,但尚未发现不利影响。
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