苹果蔗糖非发酵相关蛋白激酶基因MpSnRK2.10在盐胁迫中的功能分析

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苹果(Malus domestica)是世界上最重要的果树树种之一,而西北黄土高原地区频繁的干旱、盐渍和冻害等不利环境因素严重制约了其生长发育。蔗糖非发酵相关蛋白激酶Sn RK2亚家族是植物特有的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶之一,是渗透胁迫应答的主要参与者,同时也是植物脱落酸(ABA)信号通路的正调控因子和必要组件。本试验以苹果蔗糖非发酵相关蛋白激酶基因MpSnRK2.10为研究对象,利用前期获得的MpSnRK2.10过表达转基因苹果株系,分析了MpSnRK2.10依赖ABA信号途径调控苹果响应盐胁迫的功能。主要研究结果如下:1.以过表达MpSnRK2.10转基因苹果苗为试材,通过水培试验研究了MpSnRK2.10在调控苹果响应盐胁迫中的作用。研究结果表明:盐胁迫诱导MpSnRK2.10表达,过表达MpSnRK2.10能够显著缓解盐胁迫对苹果植株生长的影响。盐胁迫下过表达植株的相对电导率、丙二醛和活性氧水平均较低;叶绿素含量、SOD活性、光合能力和数种氨基酸的积累量均高于野生型植株;过表达植株的Na+积累较少,参与盐胁迫下离子平衡相关的几个基因Md HKT1、Md AKT1、Md NHX2、Md NHX4、Md SOS1和Md SOS2表达量上调。此外,本研究发现盐胁迫下过表达植株的ABA含量和气孔孔径大于野生型植株,且ABA相关基因(Md NCED4-4、Md AREB1.1、Md AREB1.2、Md AREB3.2、Md ABF3-1、Md ABF3-2)的表达量更高,而ABA分解代谢基因(Md CYP707A1和Md CYP707A2)的表达量明显低于野生型植株。以上结果表明过表达MpSnRK2.10提高了苹果植株对盐胁迫的耐受性。2.以过表达MpSnRK2.10转基因苹果苗为试材,通过外源添加ABA及其抑制剂处理,研究了MpSnRK2.10调控苹果响应盐胁迫与ABA信号途径的关系。研究结果表明:盐胁迫下,以外源ABA和ABA抑制剂去甲二氢愈创木酸(NDGA)处理组培苗10天,植物的生理状态发生变化。NDGA的施加显著缩小了野生型植株和过表达植株的表型差异,以相对电导率和叶绿素含量变化最明显。同时以盆栽苗为试材进行盐胁迫处理,并外施ABA及其抑制剂,结果表明,仅ABA处理对盐胁迫下苹果植株的表型没有明显影响,外源ABA减轻了各株系苹果植株受到的盐胁迫伤害;而外施NDGA减少了过表达和野生型植物之间的表型差异,盐胁迫下,二者的相对电导率、MDA含量、光合能力和抗氧化能力均无明显差异。此外,NDGA处理后,过表达植物的气孔开张度与野生型基因持平,内源ABA水平也类似,ABA信号途径相关途径的部分基因(Md DREB2、Md DREB3、Md EPF1、Md EPF2、Md EPFL5、Md NCED1-1、Md NCED4-2、Md NCED4-3、Md NCED4-5)在过表达和野生型植物间的表达量差异减小。进一步研究发现,部分氨基酸(Phe、Met、Arg、Gly、His、Thr)受盐胁迫诱导在过表达植物中积累较多,而外源NDGA抑制了它们在过表达植株中的过多积累。以上结果表明当ABA途径被抑制时,过表达植株抵抗盐胁迫的能力下降,这表明MpSnRK2.10依赖于ABA信号途径调控苹果响应盐胁迫。
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