多种基因调控匍匐剪股颖生长及非生物胁迫响应中的功能分析

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匍匐剪股颖(Agrostis stolonifera)是一种非常重要的多年生冷季草坪草,广泛应用于城市绿地和植物造景中,具有重要的观赏价值和经济价值。种类繁多的植物形态及以固着为主的生长方式令决定植物形态特征发育的因素和如何应对不良环境胁迫成为植物研究的重要的方向之一,操纵特定基因的生物技术方法被证明是作物性状修饰的有效策略。盐分、高温和干旱等非生物胁迫对植物的生长发育造成影响,从而导致作物产量和观赏价值遭受严重损害。为提高匍匐剪股颖对非生物胁迫的耐受性,提高其观赏价值及应用范围,本研究将多个基因转入匍匐剪股颖植株,对其生长形态及非生物胁迫抗性进行研究:(1)利用农杆菌介导遗传转化法将pSBbarB-AVP1-OsSIZ1-Fld串联基因,转入匍匐剪股颖,并对转基因植株进行研究。对多种非生物胁迫下的过表达转基因植物(串联三个基因转基因植株,单基因转基因植株)与野生型植株的生长量及耐受性进行观察,结果显示,串联三个基因转基因植株表现出显著增强的生长量,以及相对于干旱、盐、热胁迫以及低氮和低磷酸盐胁迫的耐受性显著提高,从而证明AVP1、OsSIZ1和Fld能够协同调节植物发育和植物应激反应,从而在正常和不利的环境条件下均具有更为优异的整体性能。(2)CCCH型锌指蛋白C3H12能够通过茉莉酸信号通路参与植物对生物胁迫的响应。为揭示其末位内含子在植物生长和逆境胁迫中的作用,本研究将C3H12内含子C3H12-I6通过农杆菌介导法转入匍匐剪股颖中进行研究。C3H12-I6在匍匐剪股颖中的过表达改变了植株部分生长发育特性并改变了植株对干旱和盐胁迫的耐受性。与野生型相比,转基因植株分蘖数和植株高度均降低,早期生长中野生型的根长高于转基因植株,转基因植株的地上部分生物量高于野生型;晚期生长反之。转基因植株对干旱胁迫的耐受性增强,但对盐胁迫的耐受性没有显著变化。(3)PvWRKY1来自海滨雀稗(Paspalum vaginatum)的WRKY家族,在极耐盐植物中高度表达。该基因具有一个高度保守的WRKY结构域和C-X5-C、HXH锌指结构,因此将其归入WRKY家族Group Ⅱ。为了揭示其在调节植物应激反应中可能发挥的作用,本研究通过农杆菌介导法将PvWRKY1转入匍匐翦股颖中进行功能分析。PvWRKY1在匍匐翦股颖中的过表达改变了植株的发育和对盐胁迫的耐受性。与野生型相比,转基因植物表现出显著减少的分蘖数,尽管PvWRKY1在海滨雀稗中受到盐度处理的高度诱导,转基因植株对盐胁迫的耐受性没有显著变化。本研究所获得的信息为利用基因堆叠、非编码RNA内含子和转录因子作为植物基因工程有效进行品种改良的方法提供了新的见解,类似策略可以扩展到其他作物物种以进行性状修饰,转基因植物的进一步表征有助于更好地了解不同基因参与植物发育和胁迫反应的分子机制,为开发用于作物遗传改良的新型生物技术方法提供信息,从而提高其农业产量及观赏价值。
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