陆地棉小GTP结合蛋白基因GhROPs在棉花抗旱中的功能分析

来源 :新疆农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jeffery2010
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棉花是我国重要的农业经济作物,干旱是制约棉花产量及纤维品质的首要非生物因素。传统的杂交育种无法满足现实的生产需要,挖掘、鉴定棉花抗旱相关基因,对棉花抗旱种质资源创新具有重要意义。作为一种植物所特有的Rho类小G蛋白,ROP蛋白在植物体内扮演着“分子开关”的角色,调控着植物的生长发育及对逆境胁迫的应激反应。本研究利用病毒诱导的基因沉默(VIGS)技术,再结合相关生理生化指标的测定,初步明确Gh ROPs基因在棉花耐旱反应中的生物学功能,主要研究结果如下:(1)以陆地棉新陆早22为材料,利用q RT-PCR技术探究了5个Gh ROPs(GhROP1、Gh ROP3、Gh ROP4、Gh ROP6和Gh ROP8)基因在4种不同组织(根、茎、真叶和子叶)和4种不同胁迫(干旱、高盐、低温和高温)处理下的表达模式,结果显示:5个Gh ROPs基因在4种不同组织中均有表达,对干旱等4种不同胁迫均有不同程度的响应。(2)以陆地棉新陆早26为材料,构建了5个Gh ROPs基因的沉默载体,利用VIGS技术初步探究其在棉花耐旱反应中的生物学功能。结果显示:分别抑制GhROP1、Gh ROP3、Gh ROP4和Gh ROP8基因表达后均提高了植株的抗旱性,同时沉默植株的离体叶片失水率(WLR)显著降低,干旱胁迫后沉默植株叶片的相对含水量(RWC)、脯氨酸(Pro)和叶绿素(Chl)含量及3种抗氧化酶活性均显著升高,过氧化氢(H2O2)和丙二醛(MDA)含量均显著降低;抑制Gh ROP6基因表达后植株的抗旱性及干旱相关生理生化指标均未发生变化。(3)GhROP1、Gh ROP3、Gh ROP4和Gh ROP8基因均响应外源脱落酸(ABA)和生长素(IAA)处理,利用q RT-PCR检测VIGS处理后各植株中脱落酸(ABA)及生长素(IAA)信号通路相关基因的表达变化。结果显示:沉默植株中ABA合成及通路相关基因的表达量均显著增加,分解相关基因Gh CYP707A表达量显著降低;沉默植株中IAA合成及通路相关基因的表达量除个别无明显变化外,其余均显著降低。(4)构建了5个Gh ROPs基因的过表达载体,利用花序浸花法转化野生型拟南芥,GUS染色及RT-PCR结果显示已获得GhROP1和Gh ROP4的T1代转基因阳性植株。5个GhROPs基因的表达均存在一定的组织特异性且响应干旱等非生物胁迫处理;GhROP1、Gh ROP3、Gh ROP4和Gh ROP8基因均可能通过参与ABA信号通路的负调控和IAA信号通路的正调控,在棉花抗旱反应中作为负调节因子;Gh ROP6基因可能未参与介导棉花的抗旱反应,其生物学功能还有待进一步探究;成功构建5个Gh ROPs基因的过表达载体并转化野生型拟南芥,为后续利用异源过表达转基因技术进一步探究其生物学功能提供材料基础。
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