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类胡萝卜素是一类天然的脂溶性色素,在真菌、细菌和植物中都有类胡萝卜素的存在。类胡萝卜素还是一种重要的光合色素,它一般广泛地位于光合组织中。在光合组织中,类胡萝卜素可以淬灭活性氧和保护DNA免受损伤。玉米黄质是一种叶黄素,它是由β-胡萝卜素羟化酶催化β-胡萝卜素产生的。枸杞是一种传统的中草药,具有很多重要的生物功能,例如抗癌、抗衰老、抗氧化。然而,目前还没有关于枸杞中β-胡萝卜素羟化酶的报道。本研究克隆了枸杞β-胡萝卜素羟化酶基因,通过生物信息学深入分析了枸杞β-胡萝卜素羟化酶的特点,并将该基因转入烟草进行表达,研究了该基因在植物抵抗非生物逆境中的生物学功能。首先,利用3’-cDNA末端快速扩增技术(3’-RACE),克隆了枸杞中β-胡萝卜素羟化酶基因(chyb)的开放阅读框。枸杞chyb基因全长939 bp,编码的CHYB蛋白分子量为34.8 kDa,预测其等电点为8.36。生物信息学分析表明,枸杞CHYB蛋白定位于叶绿体。为了进一步分析枸杞CHYB的催化功能,本研究在大肠杆菌细胞内进行了功能互补分析实验。从结果可以看出,枸杞CHYB可以催化β-胡萝卜素发生反应生成玉米黄质,为生物合成玉米黄质提供了新的途径。然后,本文研究了枸杞chyb基因在植物中的功能。在转基因烟草中,检测到叶黄素循环池容量明显增加,这与β-胡萝卜素羟化酶催化产生玉米黄质是分不开的。在渗透胁迫条件下,转基因烟草的根长和生物量明显地高于非转基因对照组。在干旱胁迫条件下,转基因烟草的叶片失水速度比非转基因的慢,光合速率和SOD活性明显较高,而气孔导度和丙二醛含量明显较低。在盐胁迫条件下,转基因烟草的叶绿素和脯氨酸含量明显地高于非转基因对照组,而丙二醛含量和Na+/K+明显地较低。通过以上研究结果表明,枸杞chyb基因在烟草中表达,增加了叶黄素循环池的容量,从而使转基因烟草具有抵抗干旱逆境和盐渍逆境的能力,为植物耐旱和耐盐分子育种提供了重要的备选基因。最后,为了研究枸杞chyb基因启动子在调控基因表达方面的作用,本研究克隆了枸杞chyb基因的启动子chybpro。生物信息学分析结果表明,在枸杞chybpro序列中存在多个光响应元件和胚乳特异性表达元件,为植物光响应和胚乳特异性表达提供了新的启动子。