蓖麻种子萌发期抗旱相关基因的筛选及功能验证

来源 :内蒙古民族大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:just1015
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中国淡水资源匮乏,干旱半干旱地区面积较大,且干旱是各种自然逆境中对植物影响较大的因素之一。蓖麻是一种经济价值比较高的油料作物,干旱是限制蓖麻生长的因素之一,探究其抗旱机制已成为当前关注的研究热点。本研究以蓖麻萌发期胚为实验材料,通过生理学测定、蛋白质组学及代谢组学联合分析,筛选与抗旱相关的基因;将蓖麻抗旱相关基因在蓖麻叶片中进行瞬时沉默表达分析验证其抗旱功能,在拟南芥中进行异源过表达和回补表达,分析基因对拟南芥参与抗旱的响应机制。实验结果如下:以水处理48 h(S48),60 h(S60),15%的PEG 6000处理48 h(P48),60 h(P60)的蓖麻萌发期胚为实验材料,分别以S48、S60的胚为对照,对15%PEG 6000处理相同时间的胚样品P48、P60进行生理活性(CAT、SOD、POD、GST、T-AOC)、含量(MDA、H2O2、Pro)及羟自由基清除能力的测定,结果发现:与对照相比,随着处理时间的增加,蓖麻胚CAT活性、SOD活性、POD活性、H2O2含量、Pro含量、羟自由基清除能力均呈上升趋势,而GST活性、T-AOC活性、MDA含量呈下降趋势。对S48、S60、P48、P60四组处理样品进行蛋白质组学和代谢组学分析,共鉴定出401个差异表达蛋白质和408个差异表达代谢物。通过组学联合分析发现P48_VS_P60分组中,差异蛋白质和差异代谢物共同参与的代谢通路为抗坏血酸和醛酸代谢(Ascorbate and aldarate metabolism)、嘌呤代谢(Purine metabolism);P48_VS_S48分组中差异蛋白质和差异代谢物共同参与13个代谢通路;P60_VS_S60分组中差异蛋白质和差异代谢物共同参与8个代谢通路;S48_VS_S60分组中没有共同参与的代谢通路,但水处理不同时间的差异蛋白质参与3个代谢通路,而差异代谢物被注释到20个不同的通路中。基于组学数据及RT-q PCR技术验证,最终选取显著上调的三个基因RcECP 63(LOC8274875)、RcDDX 31(LOC8282119)和RcA/HD1(LOC8277163)用于后续研究。通过对蓖麻叶片进行瞬时沉默表达分析发现,RcECP63、RcDDX31和RcA/HD13个基因被沉默后,与对照相比,在干旱胁迫条件下蓖麻叶片表面萎蔫更严重;沉默后3个基因的表达量显著下调;在生理指标的测定中发现MDA含量显著增加,而Pro、羟自由基清除能力及T-AOC的含量均呈现下降趋势,说明选取的3个基因在叶片参与干旱胁迫的响应中存在功能,推测这3个基因在蓖麻萌发期也参与干旱胁迫。通过比较胁迫条件下抗旱基因RcECP63、RcDDX 31和RcA/HD1在拟南芥突变体、回补表达、野生型和过表达四种类型的拟南芥生长状态、萌发情况、基因表达量情况和生理指标发现在不同浓度甘露醇培养基上的拟南芥随着胁迫浓度的升高,根长越来越短,侧根数越来越少,种子萌发率越来越低;与对照相比,经干旱胁迫后的过表达及回补表达转基因植株的基因表达量总体呈现上调的趋势;通过生理指标的测定进一步验证3个基因在干旱胁迫响应中的功能。本研究将为蓖麻抗旱机制的研究奠定基础。
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