【摘 要】
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硼是植物生长必需的微量营养元素。硼过量导致作物生长不良。研究发现,硼外排型转运子BOR4与植物的高硼耐受能力紧密相关,然而在油料作物中,缺乏相关研究。本研究以甘蓝型油菜(Brassaica napus)为材料,展开系统性的研究:基因组BnBOR4家族基因的鉴定,家族成员蛋白序列、细胞定位、高硼胁迫反应、硼运输活性之间的差异以及高硼胁迫下植物体的适应性等,主要结果如下:1.甘蓝型油菜BOR4家族基因
【基金项目】
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中央高校基本科研业务费专项基金资助项目(2662017QD039);
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硼是植物生长必需的微量营养元素。硼过量导致作物生长不良。研究发现,硼外排型转运子BOR4与植物的高硼耐受能力紧密相关,然而在油料作物中,缺乏相关研究。本研究以甘蓝型油菜(Brassaica napus)为材料,展开系统性的研究:基因组BnBOR4家族基因的鉴定,家族成员蛋白序列、细胞定位、高硼胁迫反应、硼运输活性之间的差异以及高硼胁迫下植物体的适应性等,主要结果如下:1.甘蓝型油菜BOR4家族基因鉴定利用拟南芥AtBOR4基因序列在甘蓝型油菜(Brassaica napus)基因组中比对分析,鉴定出四个BOR4油菜基因,将其命名为:Bn A02.BOR4a、Bn A02.BOR4b、Bn Cnn.BOR4、Bn C05.BOR4。进化分析表明四个BnBOR4基因序列同源性较高,物种间蛋白差异较小,但Bn A02.BOR4b基因缺少一段编码序列。Bn A02.BOR4a、Bn A02.BOR4b、Bn Cnn.BOR4来自白菜基因组的多拷贝事件;Bn C05.BOR4来自甘蓝基因组。2.BnBOR4s的表达和定位分析在Westar 10中,定量PCR分析表明Bn A02.BOR4b低于检测极限,其余三个BnBOR4s基因转录水平不受高硼诱导表达。GFP标记的BnBOR4s转拟南芥中,亚细胞定位分析表明三个BnBOR4s均在细胞质膜上定位。3.甘蓝型油菜BnBOR4s蛋白排硼活性分析利用酵母系统对BnBOR4s蛋白的排硼活性进行分析,发现四个基因都具有一定的排硼能力,而Bn A02.BOR4a和Bn C05.BOR4这两个蛋白的排硼活性显著强于Bn Cnn.BOR4。进一步分析表明,BnBOR4蛋白序列上297位氨基酸残基是决定BnBOR4高硼活性的关键氨基酸残基。4.BnBOR4s基因调控植物高硼适应性与酵母分析结果相似,35s:BnBOR4转基因拟南芥在高硼条件下展现了不同的适应性。相较野生型拟南芥Col-0,35s:Bn A02.BOR4a和35s:Bn C05.BOR4的转基因植株表现出较强高硼适应性,而35s:Bn Cnn.BOR4则相对较弱。35s:Bn Cnn.BOR4A297P植株则表型出与35s:Bn A02.BOR4a植株相似的高硼耐性。综上所述,我们从甘蓝型油菜中鉴定到四个BnBOR4基因,其转录水平不受硼调控,在植物体内具有差异化的运硼能力,且蛋白序列上第297号脯氨酸残基是保持高硼运输活性的关键氨基酸残基。
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