玉米C4光合途径关键酶基因pepc、ppdk、nadp-me对C3植物拟南芥光合特性影响效应的研究

摘要

本试验以PC（转玉米磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶基因pepc）、PK(转玉米丙酮酸磷酸双激酶基因ppdk)、ME(转玉米NADP-苹果酸酶基因nadp-me)、PCK（转玉米pepc+ppdk基因拟南芥）、PKM（转玉米ppdk nadp-me基因拟南芥）5种转基因拟南芥和WT(野生型拟南芥)为材料，鉴定了5种基因型的转基因拟南芥株系转化基因的拷贝数、基因表达量，并于生长8周时设置250、800、1400μmol·m-2·s-13种光照强度处理（每日3h），在光照处理第5天测定转基因拟南芥株系相应光合酶活性、光合速率及抗氧化酶活性，对玉米C4光合途径关键酶基因pepc、ppdk、nadp-me对C3植物拟南芥光合特性影响效应进行了研究，获得了以下主要结果:
　　1.转基因拟南芥株系经PCR检测均扩增出相应的目的条带，且以不同的拷贝数整合到拟南芥染色体上，单基因株系PC65、PC73、PK16、PK26、PK36、ME4、ME5、ME9相应转化基因的拷贝数均为单拷贝，PC90的pepc基因拷贝数为双拷贝，双基因株系PCK7的pepc、ppdk基因拷贝数为单拷贝，其余双基因株系转化基因的拷贝数为双、多拷贝。
　　2.荧光定量PCR结果表明转基因拟南芥高水平转录了导入的外源基因。Western杂交结果为转基因拟南芥PC、PCK的PEPC蛋白表达量分别为WT的2.4、3.7倍，PK、PCK、PKM的PPDK蛋白表达量分别为WT的2.1、1.8、1.7倍，ME、PKM的NADP-ME蛋白表达量分别为WT的2.8、3.3倍，表明转基因拟南芥正确翻译并高水平表达了目的蛋白。
　　3.1400μmol·m-2·s-1光强下转基因拟南芥的PEPC、PPDK、 NADP-ME、Rubisco酶活性较WT分别高出59.2、50.3、106.5、22.8％，其中转基因拟南芥PCK的PEPC酶活性较WT高出97.1％，高出幅度大于其他转基因拟南芥，PCK的PPDK酶活性较WT高出76.8％，高出幅度大于其他转基因拟南芥，ME的NADP-ME活性较WT高出196.9％,高出幅度大于其他转基因拟南芥，PCK的Rubisco酶活性较WT高出33.7％，高出幅度大于其他转基因拟南芥。800μmol·m-2·s-1光强下转基因拟南芥较WT光合酶活性和Rubisco酶活性变化趋势与1400μmol·m-2·s-1光强下相似。表明强光胁迫条件下转基因拟南芥株系仍能保持较WT高的C4循环酶活性和C3循环Rubisco酶活性。
　　4.1400μmol·m-2·s-1光强下，WT的净光合速率较250μmol·m-2·s-1光强下降低了52.1％，转基因拟南芥PC、 PK、ME、PCK、PKM的净光合速率较250μmol·m-2·s-1光强下分别降低了42.2、49.4、40.4、22.7、20.6％，降幅均小于WT，较1400μmol·m-2·s-1光强下WT的净光合速率高出53.1、33.6、32.2、131.3、89.3％。800μmol·m-2·s-1光强下转基因拟南芥较WT净光合速率变化趋势与1400μmol·m-2·s-1光强下相似。表明转基因拟南芥在强光胁迫下仍能保持较WT明显的光合优势，表现出了较强的耐强光胁迫能力。
　　5.1400μmol·m-2·s-1光强下转基因拟南芥的SOD、 POD、 CAT酶活性较WT分别提高了25.8、51.9、49.4％，其中转基因拟南芥ME的SOD酶活性较WT提高52.1％，提高幅度大于其他转基因拟南芥，PKM的POD酶活性较WT提高73.8％，提高幅度大于其他转基因拟南芥，PKM的CAT酶活性较WT提高83.8％，提高幅度大于其他转基因拟南芥。800μmol·m-2·s-1光强下转基因拟南芥较WT抗氧化酶活性较WT变化趋势与1400μmol·m-2·s-1光强下相似。表明强光胁迫条件下转基因拟南芥株系具有较WT更高的抗氧化能力和活性氧清除能力。

目录

声明

摘要

缩略词

第一章 文献综述

1．1 C3光合途径和C4光合途径的比较

1．2 转玉米C4光合关键酶基因研究进展

1．2．1 转单基因研究进展

1．2．2 转双基因及多基因研究进展

1．3 转C4关键酶基因作物光抑制相关研究

1．3．1 光抑制现象及其对植物的损伤

1．3．2 植物光保护过程中活性氧清除系统

1．3．3 转C4基因作物耐光抑制过程中抗氧化酶相关研究

1．4 拟南芥的生长条件和耐光抑制的研究进展

1．4．1 拟南芥适宜的生长条件

1．4．2 拟南芥耐光抑制研究

1．5 研究目的意义

1．6 技术路线

第二章 转玉米C4型光合关键酶基因pepc、ppdk、nadp-me拟南芥的分子检测

2．1 材料与方法

2．1．1 供试材料

2．1．2 试验方法

2．2 结果与分析

2．2．1 转基因拟南芥PCR检测结果

2．2．2 转基因拟南芥Southern结果分析

2．3 小结

第三章 转玉米C4型光合关键酶基因pepc、ppdk、hadp-me在拟南芥中的表达量分析

3．1 材料与方法

3．1．1 供试材料

3．1．2 试验方法

3．2 结果与分析

3．2．1 转基因拟南芥qRT-PCR结果分析

3．2．2 转基因拟南芥Western杂交结果分析

3．3 小结

第四章 转玉米C4型光合关键酶基因pepc、ppdk、nadp-me拟南芥的相应光合酶活性测定

4．1 材料与方法

4．1．1 供试材料

4．1．2 试验方法

4．2 结果与分析

4．2．1 磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)活性分析

4．2．2 丙酮酸磷酸双激酶(PPDK)活性分析

4．2．3 NADP-苹果酸酶(NADP-ME)活性分析

4．2．4 二磷酸核酮糖羧化酶(Rubisco)活性分析

4．3 小结

第五章 转玉米C4型光合关键酶基因pepc、ppdk、nadp-me拟南芥的净光合速率测定

5．1 材料与方法

5．1．1 供试材料

5．1．2 试验方法

5．2 结果与分析

5．2．1 不同光强条件下转基因拟南芥株系的Pn分析

5．2．2 不同光强条件下各基因型拟南芥株系叶片的颜色变化

5．3 小结

第六章 转玉米C4型光合关键酶基因pepc、ppdk、nadp-me拟南芥的抗氧化酶活性测定

6．1 材料与方法

6．1．1 供试材料

6．1．2 试验方法

6．2 结果与分析

6．2．1 超氧化物歧化酶(SOD)活性分析

6．2．2 超氧化物歧化酶(POD)活性分析

6．2．3 过氧化物酶(CAT)酶活性分析

6．3 小结

第七章 全文讨论与结论

7．1 讨论

7．1．1 C4关键酶基因对拟南芥光合速率的影响

7．1．2 强光胁迫条件下C4关键酶基因对拟南芥耐光抑制特性的影响

7．2 全文主要结论

7．3 本研究创新点

7．4 下一步研究设想

参考文献

致谢