小麦叶绿体过氧化物氧还酶基因TaBAS1的功能研究

摘要

小麦是重要的农作物，然而小麦属于甜土植物，对高盐的耐受性低，因此鉴定耐逆相关基因，并应用于小麦分子育种非常重要。实验室前期，将小麦渐渗系耐盐品种山融3号(SR3)及其亲本济南177(JN177)的全蛋白质组和叶绿体蛋白质组进行分析，发现了SR3的耐逆基础是较强的氧化还原平衡维持能力，并且叶绿体与这个耐逆基础密切相关。
　　本论文基于叶绿体和SR3耐逆基础间的密切联系，鉴定了一个在SR3和JN177间差异表达的氧化还原相关蛋白过氧化物氧还酶2-Cys peroxiredoxin基因TaBAS1，开展了以下工作。
　　利用在拟南芥原生质体和烟草叶片中瞬时表达分析，发现TaBAS1定位于叶绿体。定量PCR分析显示，TaBAS1能够响应高盐和氧化等胁迫，暗示它参与非生物胁迫应答通路。
　　为了验证TaBAS1的生物学功能，我们构建了TaBAS1异源过表达拟南芥转基因植株。结果显示，在萌发以及幼苗阶段，TaBAS1过表达株系均增强了对盐胁迫的耐受性。盐胁迫能够诱导渗透胁迫、ABA大量合成及ROS过度富集引起的氧化胁迫。TaBAS1过表达不改变拟南芥对渗透胁迫的耐受性及ABA的敏感性，但提高了对甲基紫精(MV)处理模拟的氧化胁迫。与野生型相比，TaBAS1过表达系中部分ROS清除酶编码基因表达量增加，但盐胁迫下ROS水平降低。结果显示，TaBAS1通过增强ROS清除能力、提高氧化胁迫抗性来增强耐盐能力。但是，TaBAS1过表达不增强对外源H2O2的抗性，暗示TaBAS1对不同ROS的抗性特异性。
　　与野生型相比，TaBAS1过表达系中ROS产生相关酶NADPH氧化酶(NOX)编码基因表达上调;NOX抑制剂抑制NOX活性时，TaBAS1过表达系的耐盐和抗MV诱导的氧化能力与野生型无显著差异。结果表明，TaBAS1改变了ROS合成和清除相关酶组成的氧化还原平衡，并且TaBAS1的耐逆能力依赖NOX。
　　叶绿体中的2-Cys peroxiredoxin与NADPH依赖性硫氧还蛋白还原酶C(NTRC)可以发生相互作用，是叶绿体氧化还原系统的核心组分。与野生型相比，正常条件下TaBAS1过表达系中NTRC表达无明显变化，但NaCl和MV处理下表达量明显较高。NTRC抑制剂抑制NTRC活性时，TaBAS1过表达系的耐盐和抗MV诱导的氧化能力与野生型无显著差异。结果表明，TaBAS1的耐逆能力依赖NTRC，并暗示TaBAS1可能和NTRC协同作用，改变了胁迫条件下叶绿体氧化还原系统，并进一步影响了整个细胞的氧化还原稳态，提高耐盐能力。
　　综上，我们验证了小麦氧化还原相关基因TaBAS1的耐逆功能，初步认识了叶绿体氧化还原系统和耐逆的关系，并显示TaBAS1是一个具有潜力的耐逆分子育种元件。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 文献综述

1．1 植物对盐胁迫的响应

1．1．1 盐胁迫对植物的影响

1．1．2 离子胁迫耐受机制

1．2 植物对氧化胁迫的响应

1．2．1 ROS的产生及影响

1．2．2 植物对氧化胁迫的调节机制

1．3 叶绿体在植物抵御非生物胁迫中的作用

1．4 2-Cys Prxs研究进展

1．5 立题依据与研究内容

2．1 实验材料

2．1．1 植物材料

2．1．2 载体

2．1．3 菌株

2．2．1 TaBAS1克隆和拟南芥过表达株系构建

2．2．2 基因表达模式分析

2．2．4 土壤中盐处理实验

2．2．5 土壤中干旱处理实验

2．2．6 萌发实验

2．2．7 Marker基因表达模式分析

第三章 小麦叶绿体过氧化物氧还酶基因TaBAS1的功能研究

引言

结果与分析

3．2 TaBAS1在非生物胁迫中的表达模式

3．3 TaBAS1定位与叶绿体

3．4 TaBAS1过表达拟南芥的构建

3．6 TaBAS1提高植株对盐胁迫的抗性

3．7 TaBAS1不影响植株对甘露醇的抗性

3．8 TaBAS1不影响植株对ABA的敏感性

3．9 TaBAS1提高植株对MV胁迫的抗性

3．10 TaBAS1不影响植株对H2O2的抗性

3．11 TaBAS1对ROS含量的影响

3．12 TaBAS1提高了部分ROS清除和合成酶编码基因的表达

3．13 抑制NOX活性消除了TaBAS1在NaCl及MV抗性中的作用

3．14 NTRC的抑制剂ANF减弱了OE系对NaCl及MV的抗性

3．15 NaCl及MV胁迫处理后NTRC在拟南芥中的表达模式分析

讨论

附录

参考文献

致谢