多年生黑麦草LpEIL1基因克隆及功能研究

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多年生黑麦草(Lolium perenne L.)为禾本科黑麦草属植物,目前已作为重要的草坪草和优质牧草在我国广泛种植和利用。多年生黑麦草喜温暖潮湿环境,抗逆性不强,易受高温、寒冷、干旱等生物与非生物胁迫影响而导致叶片早衰,从而严重降低草坪质量与牧草品质。开展黑麦草叶片衰老分子机制研究对于防范和提高黑麦草产品的质量和品质具有重要的理论与实践意义。乙烯是植物叶片衰老的正向调控因子,其下游转录因子信号转导途径及其分子调控机理研究是植物分子生物学领域研究热点之一。根据本实验室前期研究我们从多年生黑麦草中克隆到了一个EIN3家族基因,命名为LpEIL1。本研究通过分析LpEIL1转基因拟南芥和黑麦草叶片衰老表型以及叶绿素降解基因的转录调控及其启动子激活效应,明晰乙烯信号通路转录因子LpEIL1调控叶片衰老的分子机制。本研究取得的实验结果如下:(1)多年生黑麦草基因组cDNA文库中,LpEIL1开放阅读框(ORF)长度为1827bp,编码608个氨基酸。系统进化树分析和多重序列比对发现,LpEIL1具有EIL类转录因子的典型结构域,和玉米及水稻的EIN3蛋白高度同源。(2)LpEIL1主要在叶片中表达,在叶鞘、根和茎中表达量低。LpEIL1受乙烯诱导表达,乙烯合成抑制剂AVG抑制其表达,说明LpEIL1属于乙烯信号通路调控因子。(3)通过黑麦草原生质体转化系统,LpEIL1-GFP功能定位于细胞核,符合转录因子核定位特征。(4)拟南芥中利用农杆菌介导的花序浸染法将LpEIL1在WT、ein3纯合突变体背景下过量表达。相比于WT和纯合突变体拟南芥,LpEIL1过量表达转基因株系黑暗处理条件下叶片衰老显著加速,且突变体ein3回补转基因株系能较好回补突变体衰老表型。(5)分别获得了LpEIL1过表达和RNAi黑麦草转基因株系,与野生型相比,LpEIL1过量表达转基因株系叶片的叶绿素含量、Fv/Fm显著降低,衰老显著加速;RNAi转基因株系叶片的叶绿素含量、Fv/Fm始终保持较高水平,叶片衰老显著延缓(6)利用烟草瞬时表达和酵母单杂交系统证明LpEIL1直接结合并激活LpNAL启动子,同时间接证明LpEIL1可以激活LpSGR、LpNYC1、LpPPH等叶绿素降解基因的表达。该实验结果阐明了LpEIL1功能并初步解析了导致叶片衰老的分子机理,为延缓黑麦草衰老的分子育种奠定了理论基础。
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