甘蓝型油菜转磷脂酶D(PLD)基因在干旱及氮响应中的作用及应用

摘要

甘蓝型油菜作为主要的菜籽油来源之一，在世界及我国食用油的生产及消费中占有重要的地位。随着现代生物技术及传统育种技术的发展，油菜的产量和菜籽油的品质都得到了很大的提高。然而，自然环境的变化如：干旱、盐碱、寒冷及营养缺乏等给油菜的生长及生产带来了重要的影响，提高油菜对环境的耐受性，减少逆境对油菜产量的影响成为了关注的焦点。为了探索提高油菜抗逆性的新途径，本研究确定了以磷脂酶D（PLD）介导的基于细胞膜脂质的信号途径在油菜响应外界干旱及氮的有效利用中发挥着作用。
　　活性的 PLDα1可以产生磷脂信使磷脂酸（PA）并促进气孔关闭。AtPLDα1基因在气孔保卫细胞中特异表达的启动子 KatI控制下，经农杆菌介导转化到2个油菜品种（Westar和中双9号）中，并通过原位杂交及蛋白免疫印迹验证PLDα1的蛋白在转基因植株中成功表达。两个品种中均有多个转AtKatIpro::PLDα1基因的油菜植株在高渗透（干旱及高盐）条件下可以减少体内水分的流失并提高生物产量的积累。干旱条件下，转AtKatIpro::PLDα1基因植株体内与干旱诱导相关的基因如ABI1、ABI2和RD29B等的表达量比其对应的WT的要低。此外，在田间自然生长条件下，在干旱的年份里，转基因油菜植株的种子产量要高于其对应的WT植株。此结果表明气孔中特异表达的 PLDα1基因可以通过增强油菜对干旱的耐受性来提高植株的产量。
　　此外，将花椰菜花叶病毒启动子35S控制下的PLDε基因转入油菜并测试其在油菜对氮的有效利用过程中所发挥的作用。与对应的 WT植株相比，多个转35S::PLDε基因的油菜植物无论是在低浓度（0和0.3 mM）还是高浓度（3和7.5 mM）氮条件下，都可以促进植物侧根的生长及发生并提高整个植株的生物产量。转35S::PLDε基因的油菜植株中与硝酸盐转运相关的基因（nitrate transporter gene）NTR1.1和NTR2.1的表达量要明显地高于其对应的WT植株，同时转基因油菜植株的硝酸盐吸收效率也明显增强。另外，转35S::PLDε基因的油菜植株中硝态氮同化酶NR（nitrate reducatse）及NiR（nitrite reductase）的活性要比其对应的WT植株高。当植物长时间（2周）处于氮营养缺乏条件下时，转基因植株中老叶衰老的速度要比 WT植株的快，然而新叶中的叶绿素含量却比其对应的WT植株的高。在田间自然生长条件下，与对应的WT植株相比，转35S::PLDε基因的油菜表现出花期严重延迟、营养生长旺盛及植株种子产量增加的现象。这些数据表明增加PLDε基因的表达能够促进植物对硝态氮的吸收、同化及再活化作用。

目录

声明

缩略语表

第一章 文献综述

1 中国油菜生产现状

2 干旱对植物的影响

3 植物对N营养的响应

4 植物的磷脂酶D（PLD）及其对干旱和N营养的应答

5 本实验的目的和意义

第二章 甘蓝型油菜气孔特异性超表达AtPLDα1增强植株的抗旱性及种子产量

1 前言

2 材料和方法

3 结果及分析

4 讨论

第三章 甘蓝型油菜中过表达PLDε促进植株对氮信号响应过程中的侧根生长和生物产量积累

1 前言

2 材料和方法

3 结果及分析

4 讨论

第四章 总结

参考文献

附录1

致谢

作者简介