水稻中天冬氨酸转氨酶的分子生物学研究和转基因应用

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水稻不仅是我国主要的粮食作物,还养活着世界一半的人口。在水稻氮代谢途径中,有一些重要的酶(例如GS、GOGAT、GDH、AAT和AS),调控着水稻氮素的代谢。有研究发现,尤其是编码天冬氨酸转氨酶的AAT基因,与控制蛋白质和氨基酸含量的QTL有对应的关系。本研究在水稻品种中花11(来自与中国农业科学院作物科学研究所的商业品种)中超量表达了AAT基因(包括来源于水稻的3个AAT基因:OsAAT1、OsAAT2和OsAAT3;来源于大肠杆菌的1个AAT基因:EcAAT),同时抑制表达AAT这个基因。得到转基因植株后,分析了转基因植株的生长和代谢水平与对照植株的差异,研究了这两个基因的表达情况和作用机理。综合分析2004年和2007年数据,得出以下几个主要结果:1、得到了超量表达AAT的转基因植株(如上所述,共试图超量表达4个片段)。2、t测验(t-test)表明,超量表达AAT基因的转基因植株,不管在正常生长条件下,还是各种胁迫生长条件下(包括低氮胁迫,NaCl胁迫,ABA胁迫),其生长(包括株高和干重)都与对照没有显著差异。3、t测验(t-test)表明,超量表达AAT基因(包括OsAAT1,OsAAT2和EcAAT基因)的转基因植株的米粉中,氨基酸含量和蛋白质含量明显高于野生型对照。4、超量表达OsAAT1基因的阳性植株的种子中的氨基酸总含量比其对应的阴性植株的含量提高了16.1%,蛋白质含量提高了22.2%;超量表达OsAAT2基因的阳性植株的种子中的氨基酸总含量比其对应的阴性植株的含量提高了12.0%,蛋白质含量提高了21.1%;超量表达EcAAT基因的阳性植株的种子中的氨基酸总含量比其对应的阴性植株的含量提高了5.4%,蛋白质含量提高了11.1%。t测验(t-test)表明,超量表达AAT基因的转基因阳性植株和其对应的阴性植株的米粉中,氨基酸含量和蛋白质含量在阳性植株中显著(P≤0.05)高于其对应的阴性植株。说明氨基酸含量和蛋白质含量的升高是由转基因作用引起的。5、验证AAT基因家族的表达情况,发现AAT基因家族的3个成员的表达受各种胁迫的影响。同时这3个成员在植株的不同部位和不同的生长时期,表达也存在着差异。6、超量表达EcAAT基因,能使植株体内OsAAT1和OsAAT2基因的表达上升。但是水稻体内的3个OsAAT基因的表达并不能相互调控,即超量表达任何一个OsAAT基因,并不能引起其它两个OsAAT基因表达的改变。
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