金柑(Fortunella crassifolia)三个抗逆基因克隆、功能鉴定及作用机制解析

来源 :华中农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhengziwei5
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干旱、盐、低温、病虫害等逆境严重影响着柑橘的生长发育,继而影响产业发展。传统的育种方法需要投入大量的时间和精力以获得抗性较好的品种,依托基因工程对柑橘进行遗传改良获得抗性品种相对而言非常高效。金柑在柑橘类果树中虽不如枳耐低温,但是其综合抗性比较优良,本研究在实验室已有的研究基础上,从金柑中筛选得到3个逆境响应的基因,分析它们各自的功能及潜在的作用机制,得到的结果如下:1.FcWRKY70全长1196bp,编码328个氨基酸,蛋白的相对分子量及等电点分别是36.78kD和5.89. FcWRKY70包含一个保守的WRKY结构域,定位于细胞核。除干旱、盐以外,FcWRKY70还可以响应生物逆境(柑橘溃疡病菌接种)及不同的激素处理(水杨酸SA及脱落酸ABA)。FcWRKY70超表达可明显增强转基因烟草的抗旱性。同时发现,转基因烟草中多胺含量高于野生型,特别是腐胺(Put),多胺合成相关的基因表达也明显比较活跃。Put合成抑制剂D-Arg处理抑制了转基因烟草的气孔关闭,降低了其干旱抗性。在柠檬中超表达FcWRKY70,与野生型相比转基因柠檬抗脱水能力增强,腐胺含量及介导腐胺合成的ADC表达水平均高于野生型。同时在金柑FcWRKY70干涉系中腐胺含量及ADC的表达被抑制,干涉系相对失水增多。分离金柑ADC启动子,分析表明其上分布数个W-box元件或其核心元件,利用酵母单杂及双荧光素酶检测的方法证明FcWRKY70可与ADC启动子结合。2. FcWRKY40属于IIa类WRKY蛋白,编码257个氨基酸,所组成的蛋白相对分子量及等电点分别为28.7kD和8.83。FcWRKY40包含一个卷曲螺旋结构域和一个保守的WRKY结构域,定位于细胞核。该基因可被低温、盐、ABA和SA诱导表达,但被干旱抑制。超表达FcWRKY40可明显示增强转基因烟草对氧化胁迫的抗性。转基因烟草与野生型相比,H202积累较少,02-积累没有差异性;在转基因烟草中与H202清除相关的过氧化氢酶CAT和过氧化物酶POD的表达上调非常显著。CAT和POD启动子上均存在W-box元件,酵母单杂及双荧光素酶检测分析表明FcWRK40可分别与CAT及POD启动子结合,调控它们的表达。3. FcSISP (Fortunella crassifolia stress-inducible small protein)编码47个氨基酸,其蛋白相对分子量和等电点分别是4.94kD和3.76。该基因定位于细胞核,不具备转录激活活性。FcSISP可被干旱、低温、盐、外源激素(ABA和SA)以及柑橘溃疡病菌诱导表达,其中盐对其诱导效果非常显著。FcSISP在烟草中超表达,提高了转基因植株的耐盐性。转基因烟草中脯氨酸含量、脯氨酸合成相关P5CS和P5CR的表达均高于野生型。盐处理后,转基因烟草根和叶中的Na+量均低于野生型,叶中差异尤其明显。根中K+量较高,由此导致较低的Na/K比值。此外,发现转基因烟草中与Na+外排及区域化隔离相关的SOS基因和NHX基因表达水平均比野生型高。
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