‘云香’水仙NAC转录因子的克隆及抗逆功能分析

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NAC转录因子(NAM、ATAF1/2、CUC2)广泛存在于植物中,除参与植物生长发育外,还在抵御生物和非生物胁迫中发挥重要作用,并已用于基因工程来改善植物的胁迫耐受性。中国水仙为冬季主要观赏花卉之一,其产量和品质在程度一定上受外界环境因子影响。目前对中国水仙NAC转录因子在逆境胁迫下的调节作用知之甚少,因此克隆和鉴定优良非生物胁迫相关NAC转录因子具有重要意义。本研究选用多花水仙新品种‘云香’为材料,基于其花期转录组数据信息,以RT-PCR技术克隆得到2个NtNAC(NtNAC1和NtNAC2)基因,并通过qRT-PCR技术分析了两个基因的时空表达模式以及在逆境和逆境相关激素处理下的表达变化,结合分析过表达转基因烟草植株在干旱和高盐胁迫下的表现等解析了两个基因的功能。主要的研究结果如下:NtNAC1基因全长1 083 bp,其ORF为918 bp,编码306个氨基酸,N端含有NAM保守结构域,聚分在SNAC1亚组,与香蕉MusaSNAC1、小麦TaNAC47亲缘关系较近。实时荧光定量分析显示,NtNAC1表达水平随花器官花瓣和副冠的发育呈先上升后下降趋势,始花期达到峰值;NtNAC1在根和叶中高表达,受ABA、MeJA、SA、H2O2、NaCl、PEG诱导上调,推测该基因可能参与‘云香’水仙花器官的形态建成及响应非生物胁迫。进一步构建表达载体转化烟草,获得9株转基因植株。在高盐和干旱胁迫处理下,转基因植株根系发达、长势更好、存活率高。此外,过表达转基因株系中抗逆相关基因P5CS、APX上调表达、SOD、POD酶活性提高及MDA的含量下降,减轻了胁迫造成的细胞膜损伤。NtNAC2基因的开放阅读框为936 bp,编码312个氨基酸。生物信息学分析显示,NtNAC2基因在N端含有NAM保守结构域,与单子叶植物芦笋、番红花和石斛等具有较近的进化关系。实时荧光定量检测显示,花瓣和副冠中NtNAC2基因的表达量随花器官发育逐渐上升,衰败期达到峰值;在ABA、MeJA、SA、H2O2、50℃、NaCl和PEG胁迫处理下,水仙根和叶中NtNAC2基因的表达量上调,且表现出时空表达特异性。为进一步鉴定其功能,构建植物表达载体转化烟草,获得10株转基因烟草,经半定量RT-PCR检测NtNAC2基因在转基因植株中过表达。高盐和干旱胁迫处理后,过表达转基因植株根长为野生型的23倍,叶片失水率低于30%,存活率高于60%,抗逆相关基因P5CS、APX的转录水平上升,MDA的积累更少,SOD和POD酶活性更高。综上所述,‘云香’水仙NtNAC1和NtNAC2过表达能提高烟草对高盐、干旱的耐受性,在抗逆中起正向调控作用,可作为提高水仙抗性的优良遗传基因资源,用于培育水仙抗性新品种。
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