柽柳液泡膜H+-ATPasec"亚基(ThVHAc"1)基因面耐盐功能分析

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植物液泡膜H+-ATPase(V-ATPase)是一个多亚基复合蛋白,在植物中最基本的功能是维持细胞质内的酸碱性内平衡状态(pH值内稳态)和建立跨膜电化学梯度、为相关的代谢提供能量。当植物处于逆境条件下,V-ATPase在调控植物响应逆境过程的功能具有复杂性和多样性。对V-ATPase全酶功能的了解可以通过其关键亚基的深入研究来实现,有研究报道了其中的a、c、G等亚基的抗逆功能。但鲜有关于c"亚基的抗逆功能研究的报道。本研究对柽柳V-ATPase c"亚基基因的表达和抗逆功能进行了初步分析,获得的结果如下:  对0.4mol/L NaCl,20% PEG,0.3 mol/L NaHCO3,150μmol/L CdCl2和100μmol/LABA处理后刚毛柽柳根、茎、叶中Th VHAc"1基因的表达进行了分析,结果显示该基因能对这些胁迫做出响应,在胁迫后柽柳各组织中主要表现为上调表达,在NaCl胁迫24h的叶中表达被诱导了8.88倍。  在前期研究中已经证实ThVHAc1基因能明显提高植物的抗逆能力,为了分析ThVHAc"1基因是否也具有抗逆功能,将ThVHAc"1基因转入酵母中,使其在酵母中表达,分析比较了转基因和对照酵母在各种逆境胁迫后的存活率,结果显示,与对照酵母相比,转ThVHAc"1基因酵母能提高抵抗盐、过氧化物、重金属、异常温度和干旱等胁迫的能力。推测ThVHAc"1基因也能参与多种逆境胁迫抗性过程。  为了进一步分析ThVHAc"1基因在植物中的抗逆功能,构建了ThVHAc"1基因植物过表达载体35S∷ThVHAc"1,利用农杆菌介导的蘸花法将重组载体转入拟南芥,对转基因拟南芥中的ThVHAc"1基因表达进行分析,确认其确实过表达。对T3代转基因苗进行胁迫处理。分析比较胁迫前后转基因和对照拟南芥发芽、生长和相关抗逆生理指标。结果显示转ThVHAc"1基因拟南芥在盐胁迫下的发芽率和生物量积累明显优于对照。组织化学染色(DAB、H2DCF、Evans Blue)结果显示,盐胁迫下,过表达ThVHAc"1基因拟南芥积累的活性氧(ROS)明显少于野生型(WT),所受到的细胞损伤也比WT轻。此外,非胁迫条件下,转基因和非转基因株系的保护酶活性、电导率、MDA含量等无明显差异,但NaCl胁迫后,ThVHAc"1转基因株系的SOD、POD、GST活性显著高于WT,而H2O2含量、MDA含量及相对电导率却显著低于WT。这些结果表明,过表达ThVHAc"1明显提高了转ThVHAc"1基因拟南芥的耐盐能力。  为了验证ThVHAc"1基因在拟南芥中异源表达的结果,将ThVHAc"1在柽柳中进行了瞬时过表达和抑制表达,比较瞬时过表达、抑制表达ThVHAc"1基因柽柳和对照柽柳在盐胁迫前后的表现。结果显示,盐胁迫下过表达ThVHAc"1基因的柽柳的保护酶活性明显高于pROKⅡ株系,而抑制表达株系的保护酶活性明显低于pROKⅡ株系;同时,过表达株系的ROS水平和细胞受损伤程度明显少于或弱于pROKⅡ株系,而抑制表达株系却明显高于pROKⅡ株系。  此外,为进一步分析ThVHAc"1基因耐盐调控的上游机制,利用染色体步移法克隆获得了ThVHAc"1上游1033 bp启动子序列。利用PLACE在线分析软件对ThVHAc"1上游启动子序列进行分析,发现该启动子含有G-box、TATA-box、CAAT-box、W-box等多个胁迫应答元件。利用酵母单杂交技术筛选获得可特异识别ThVHAc"1基因启动子中的DOF元件的上游调控基因ThDof8。初步证实ThDof8可能参与调控或者共同与ThVHAc"1来完成植株的耐盐调控。  总之,本研究初步证实了ThVHAc"1基因具有耐盐功能,该研究结果完善了我们对V-ATPase c"亚基基因功能的了解,并为阐明柽柳V-ATPase参与的抗逆机制奠定了基础。在后续研究中,将对ThVHAc"1基因的上游调控机制和其表达对V-ATPase全酶的影响等方面进行进一步的研究。
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