盐胁迫下细叶百合转录组分析及LpNAC14抗盐功能验证

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细叶百合(Lilium pumilum)是一种具有较强非生物胁迫抵抗能力的野生花卉,是百合抗性育种的重要资源,也可应用于园林景观中。本研究以细叶百合为试验材料,通过Na Cl模拟盐胁迫,探索细叶百合的耐盐阈值,测定盐胁迫下各个部位的离子动态;对盐胁迫下细叶百合的叶和根进行转录组分析,鉴定细叶百合响应盐胁迫的主要途径和关键基因;从转录组中筛选到LpNAC14基因并进行生物信息学分析,利用农杆菌介导法转化烟草获得转基因植株;通过亚细胞定位确定LpNAC14编码蛋白在细胞内的存在部位,最后对转基因烟草的表型和生理指标测定进一步验证LpNAC14的抗盐功能。从而为细叶百合耐盐机制和NAC转录因子的进一步研究奠定基础。主要研究结果如下:1.细叶百合耐盐阈值、离子转运及转录组分析。细叶百合耐盐阈值浓度为150m M。盐胁迫下,细叶百合鳞茎中各种离子含量变化较小,叶和根在离子转运中起着主要作用。盐胁迫2 h时,叶中DEGs数量高于根,12 h根中DEGs数量更多。细叶百合对盐胁迫的响应主要是通过植物激素信号转导、MAPK信号通路-植物、淀粉和蔗糖代谢、离子调节等途径实现的。盐胁迫引起了细叶百合大量转录因子的参与,根中鉴定的LpNAC14基因在盐处理2 h时上调了1.35倍,12 h时上调了2.59倍,因此对该基因进行了进一步研究。2.LpNAC14基因的克隆、生物信息学分析和遗传转化。从细叶百合根中克隆到LpNAC14基因的完整ORF(全长555bp,编码184个氨基酸),其编码蛋白存在一个高度保守的NAM结构域,属于NAC家族;有1个糖基化位点和23个磷酸化位点;为亲水蛋白,不具备跨膜性质;不含有信号肽,为非分泌蛋白;LpNAC14与椰树的同源性最高为88%,与薯蓣和参薯的进化关系最近;预测结果显示,该基因可能参与程序性细胞死亡调控、茎系统和木质部发育、转录调控、DNA模板、系统开发等生物过程;具有DNA结合转录因子活性的功能。构建LpNAC14的过表达载体GV1300-LpNAC14-GFP,通过对烟草遗传转化获得10个过表达LpNAC14的阳性株系OE1-10,不同株系的相对表达量存在差异,LpNAC14在OE-6中表达量最高,是烟草Ntactin表达量的40.84倍。3.LpNAC14抗盐性功能验证。亚细胞定位显示LpNAC14位于细胞核中,过表达LpNAC14提高了转基因烟草对盐胁迫的耐受性。盐胁迫下,转基因烟草幼苗的鲜重和根长均高于CK,成苗的SOD、POD、CAT活性和叶绿素含量高于CK,MDA含量和相对电导率低于CK,LpNAC14的过表达提高了转基因烟草的抗氧化酶活性和叶绿素含量,降低了MDA合成并保护了膜系统。此外,通过盐胁迫下转基因烟草表型观察发现,LpNAC14对转基因烟草表型产生了显著影响。3个转基因株系的株高、节间长度显著低于CK,且花色加深,LpNAC14可能通过调控木质部发育和花青素合成影响耐盐性。
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