麻疯树胚胎发育晚期富集蛋白基因(JcLEA)的功能分析及AtMSH6和AtMSH7在减数分裂重组中的功能分析

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第一部分麻疯树胚胎发育晚期富集蛋白基因[JcLEA)的功能分析最早发现于陆生植物中的LEA蛋白,是一类在植物种子胚胎发育晚期积累起来的亲水性蛋白家族。由于其在非生物逆境耐受中,尤其是干旱耐受中起稳定细胞结构与防止膜融合作用,LEA蛋白在提高植物的胁迫耐受方面有重要的研究价值。在本研究中,麻疯树在受干旱与盐胁迫诱导时JcLEA基因的表达上调。JcLEA蛋白的亚细胞定位显示JcLEA蛋白在细胞核和细胞质均有表达。LEA蛋白的进化树表明JcLEA蛋白属于第5类LEA蛋白,这类LEA蛋白的研究较少。本文筛选了两个JcLEA表达量较高的转基因株系25-29和25-33分析在培养基上和土中模拟干旱和盐胁迫时的生理指标变化。培养基上用PEG模拟干旱时虽然转基因植株和野生型的生长均受到明显抑制但转基因株系的生长状况好于野生型,根长也较长。在土中模拟干旱胁迫,在干旱14天时转基因株系的存活率约为野生型植株存活率的1.5倍,复水10天后野生型植株无法恢复,而两个转基因株系有部分恢复,存活率略微上升。所有植株的相对水含量在干旱胁迫时均降低,但转基因株系下降的更少,且在复水后相对水含量上升,而野生型的相对水含量继续下降,不能恢复。在干旱胁迫下,所有株系的电解质渗透率均上升,表明细胞膜均不同程度受损,但转基因植株的电解质渗透率低于野生型,复水后依然如此。所有植株细胞内葡萄糖含量均增加以响应干旱胁迫,但转基因植株的葡萄糖含量高于野生型。培养基上用含50mM、100 n nM和150 mM NaCl模拟盐胁迫时转基因植株也同样表现出较野生型好的生长状况,根长也较长。在土中模拟盐胁迫时,转基因株系显示出更高的存活率,尤其是在100mM、150 mM和200 mM处理下。在各盐处理梯度下,转基因植株的相对水含量降低更少,电导率较野生型低,且积累更多的葡萄糖以调节细胞渗透势,并且能够较好的保持Na+/K+平衡。本文对JcLEA所属的类、表达特性、蛋白亚细胞定位以及功能分别做了研究,表明JcLEA是定位于细胞核与细胞质的第5类LEA蛋白并参与到植物对干旱与盐的耐受响应中,本文为抗旱与抗盐基因工程育种提供了候选基因并且为第5类LEA蛋白的研究提供了一定的参考。第二部分AtMSH6和AtMSH7在减数分裂重组中的功能分析减数分裂是有性生殖中的高度保守的重要过程,而配对、联会、重组和分离又是减数分裂过程中的关键环节。利用酵母、拟南芥、玉米等模式生物的突变体以及不断改进的实验手段,一系列参与这一关键过程的基因的功能及调控机制逐渐被阐明。本文研究的MSH即为MutS同源蛋白(MutS Homologue protein),在真核生物中有7个成员,即MSH(1-7),MSH6参与细胞核错配修复并且在减数分裂细胞中较之舰SH其他成员表达量高,MSH7仅存于植物中,在进化上与MSH6关系更近,因而也被称作MSH6-2。虽然MSH4和MSH5在减数分裂过程中的作用已有报道,MSH6和MSH7在减数分裂中的功能还未有研究。本文主要利用拟南芥salkline的T-DNA插入突变体及荧光四分体株系,通过构建一系列双突变体、多突变体,以及基于这些构建基础上的与荧光四分体株系构成的研究重组率的多突变体。本文研究表明MSH6突变后3号染色体上的重组率为26.07%,而杂合植株3号染色体上的重组率为23.81%,纯合突变体的重组率较之杂合植株提高了9.5%,且此差异统计学上达到显著。msh7-1突变体在5号染色体上的重组率虽较野生型和杂合植株提高了11.26%,但在统计学上差异不显著,并且msh7-1在重组干扰水平上与野生型相比差异也不显著,这一结果需要后续验证。本文主要构建了研究MSH6和MSH7在减数分裂重组中的功能所需的材料,对mmsh6和mmsh7-1单突变体的重组率作了初步分析,为研究MSH错配修复系统中MSH6和口MSH7在减数分裂重组中的作用提供了参考。
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