【摘 要】
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全球变暖造成多地出现高温现象,严重影响了作物生长。生菜是一种喜凉不耐热的叶用蔬菜,在世界各地广泛种植,但由于其不耐热的特性,产量受到高温的严重影响,因此,提高生菜的高温抗性具有实际的应用价值。miRNA是一类由20-24 nt组成的小的非编码RNA,通过转录后水平靶向信使RNA(m RNA),在植物个体生长发育和抵御非生物胁迫方面发挥重要作用。miR394通过调控靶标F-box,参与调控植物的非生
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全球变暖造成多地出现高温现象,严重影响了作物生长。生菜是一种喜凉不耐热的叶用蔬菜,在世界各地广泛种植,但由于其不耐热的特性,产量受到高温的严重影响,因此,提高生菜的高温抗性具有实际的应用价值。miRNA是一类由20-24 nt组成的小的非编码RNA,通过转录后水平靶向信使RNA(m RNA),在植物个体生长发育和抵御非生物胁迫方面发挥重要作用。miR394通过调控靶标F-box,参与调控植物的非生物胁迫,在拟南芥、烟草、玉米等植物中已有研究,但目前尚无关于miR394在生菜中响应高温胁迫的研究。本研究以实验前期优化的高效生菜组培体系为基础,将构建的STTM-miR394载体通过农杆菌介导技术转入玻璃生菜(Lactuca sativa L.),获得了下调miR394表达的转基因生菜植株(STTM394Las),以T3代STTM394Las和野生型玻璃生菜(WT)为试验材料,在恒温培养箱中模拟高温胁迫环境,测定高温环境下生菜的形态、生理、分子指标,探究降低miR394的表达对玻璃生菜高温抗性的影响及作用机理。主要研究结果如下:1.本研究通过实验室前期测序获得生菜miR394的基因序列,利用STTM技术构建了STTM-miR394载体,通过农杆菌介导、组织培养,获得了降低miR394表达的转基因生菜植株。采用荧光定量PCR(q RT-PCR)技术检测到T3代转基因生菜miR394的表达量降低了3.85倍,F-box表达量升高了2.07倍。2.高温处理下,STTM394Las具有更强的形态稳定性和光合能力。本实验测定了STTM394Las和WT的形态和光合指标;结果表明,H2处理下,各项指标变化更明显。与WT相比,STTM394Las株高增加20%、根长增大11.8%、叶面积增大14.8%、生物量积累更高;净光合速率、蒸腾速率、气孔导度分别增大66.8%、3.0%、8.6%,叶绿素a和叶绿素b含量增大27.5%和7.3%,胞间CO2降低6.8%。3.高温处理下,STTM394Las具有更强的抗氧化能力和渗透调节能力。为研究高温处理下,STTM394Las维持更强形态稳定性和光合作用的原因,本实验测定了抗氧化系统和渗透调节系统相关指标;结果表明,H2处理指标变化更显著。与WT相比,STTM394Las叶片中H2O2、MDA浓度分别降低45.8%、29.1%,SOD、POD和CAT活性分别升高8.4%、13.8%和15.3%;可溶性糖、可溶性蛋白质含量升高22.3%、14.7%,叶片相对含水量升高6.8%。4.为初步探究降低miR394提高生菜高温抗性可能存在的分子机理,本实验使用q RT-PCR技术,检测了高温处理下生菜中miR394、靶标F-box、热休克蛋白基因的表达量;结果如下,高温处理下WT中miR394表达量降低,靶标F-box、热激蛋白基因HSP60、HSP70、HSP90表达量升高;与WT相比STTM394Las中miR394表达量更低、F-box、HSP70、HSP90表达量更高。结果表明,miR394与HSP70、HSP90的表达呈负相关,F-box与HSP70、HSP90的表达呈正相关。综上所述,本研究利用STTM技术,成功构建了STTM-miR394载体,通过农杆菌介导、组织培养,获得了稳定遗传的T3代转基因生菜植株。实验结果显示,转基因生菜的miR394表达降低,F-box的表达升高;我们推测,F-box可能促进了HSP70、HSP90的表达,二者作为分子伴侣,参与到生菜响应高温胁迫机制的调控过程,从而提高了生菜的高温抗性。
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