拟南芥(Arabidopsis thaliana L.)谷氨酰胺合成酶GS1.2和GS1.4基因功能的比较研究

摘要

谷氨酰胺合成酶(Glutamine synthetase，GS)是参与第一步将氨催化同化成有机氮的关键酶，推测植物中的GS能够通过同化铵离子，从而缓解盐胁迫导致的氨毒害作用，因此本论文以模式植物拟南芥（Arabidopsis thaliana）的GS基因作为研究对象，对GS1.2、GS1.4基因在表达特性、对盐胁迫的响应进行分析，试图揭示GS1.2、GS1.4在拟南芥受盐逆境胁迫时起到的抗逆作用。
　　首先，通过半定量和Northern blot的手段，对GS1.2和GS1.4的表达进行比较分析。①对野生型拟南芥植株的研究结果表明，GS1.2和GS1.4在干种子中都不表达，GS1.2在苗期表达量大于萌发时期表达量，而GS1.4在萌发期的表达量大于苗期表达量，GS1.2主要在根和花中大量表达，GS1.4主要在根和成熟叶片中表达;②不同非生物环境胁迫下的分析结果显示，GS1.2和GS1.4在种子萌发期和幼苗期对盐胁迫都存在应答关系，均呈上调表达，推测GS1.2和GS1.4为盐逆境胁迫相关基因，两周苗期，CdCl2胁迫处理时，GS1.2和GS1.4均呈明显的上调表达;③不同氮源处理条件下的分析结果显示，KNO3和尿素作为氮源时，GS1.2和GS1.4也表现为上调表达，NH4Cl处理时，GS1.2表现为下调表达，而GS1.4无明显应答。综上所述，GS1.2和GS1.4具有显著的时空表达特异性，这两个基因的表达都和环境胁迫，氮素条件相关，但是表达的模式有一定的区别。
　　其次，通过花序侵染法构建了拟南芥GS1.2和GS1.4基因的过表达植株，筛选繁殖获得T3代纯合株系，并通过Northern blot和Southern blot的方法进行鉴定，各获得三个独立株系。野生型和GS1.2和GS1.4过表达植株在盐胁迫处理下的研究结果显示，GS1.2和GS1.4过表达植株的长势均优于野生型，且盐胁迫处理下过表达植株根长略长于野生型，GS1.2和GS1.4的过量表达均使种子在盐胁迫下的萌发率有所提高，因此推断GS1.2和GS1.4基因的过量表达可以提高拟南芥植株对盐逆境胁迫的耐受性。
　　综上所述，GS1.2和GS1.4具有显著的时空表达特异性，且对不同非生物环境胁迫和氮源有响应，GS1.2和GS1.4基因的过量表达可以提高拟南芥植株对盐逆境胁迫的抗性。

目录

摘要

1 绪论

1．1 植物氮代谢概述

1．2 谷氨酰胺合成酶概述

1．2．1 谷氨酰胺

1．2．2 GS分类

1．2．3 GS分子结构特点

1．2．4 GS基因克隆

1．2．5 GS的时空表达特性

1．2．6 GS基因的功能

1．2．7 GS基因的调控

1．3 论文研究的目的和意义

2 拟南芥谷氨酰胺合成酶基因GS1．2和GS1．4表达特性分析

2．1 材料和方法

2．1．1 植物材料及培养条件

2．1．2 实验试剂与仪器

2．1．3 拟南芥总RNA的提取及cDNA第一链的合成

2．1．4 半定量RT-PCR反应

2．1．5 Northern blot杂交

2．1．6 序列分析

2．2 结果与讨论

2．2．1 GS1．2和GS1．4生物信息学分析

2．2．2 GS1．2和GS1．4时空表达特性分析

2．2．3 GS1．2和GS1．4对盐逆境胁迫的响应的表达

2．2．4 GS1．2和GS1．4对其他环境胁迫的表达

2．3 本章小结

3 拟南芥GS1．2、GS1．4过表达植株的获得

3．1 植物材料与方法

3．1．1 植物材料与培养条件

3．1．2 实验试剂

3．1．3 实验方法

3．2 结果与讨论

3．2．1 GS1．2、GS1．4过表达植株的鉴定

3．2．2 盐逆境胁迫下GS1．2和GS1．4基因过表达植株抗性分析

3．3 本章小结

4 讨论

4．1 GS1．2和GS1．4主要发挥作用的时期

4．2 GS1．2和GS1．4与非生物逆境胁迫的关系

4．3 GS1．2和GS1．4与氮素利用的关系

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

声明