响应干旱胁迫的黄瓜水通道蛋白基因Csa011929和Csa012726的克隆与功能分析

摘要

黄瓜（Cucumis sativusL.）为葫芦科黄瓜属一年生蔓生草本植物，属于世界性的重要蔬菜作物，也是我国设施栽培的主要蔬菜之一，随着设施农业的发展，已逐渐形成周年供应。干旱是一个长期存在的世界性难题，而黄瓜生育期需水量较大且对水分亏缺特别敏感，干旱胁迫会对黄瓜的水分代谢、光合作用等生理过程产生严重影响。　　植物所有的生长发育过程都与水分传导息息相关，而植物水通道蛋白(AQPs)在维持植物体内水分平衡中有着重要意义。AQPs通过改变质膜的水分渗透性促进了水在细胞间的流动。AQPs不仅是水选择性通道蛋白，同时还具有许多生理生化功能，是一类多功能蛋白。它在水分及其他物质运输、细胞伸长与分化、气孔运动等生理过程中均扮演着重要角色。AQPs基因在植物所有的组织中都能够表达，有些是受环境因子或激素诱导表达的，还有一些是植物组织或器官特异表达的。　　本文从AQPs入手，采用‘津优1号’黄瓜品种作为试验材料，克隆出黄瓜水通道蛋白基因Csa011929、Csa012726，构建了过表达载体pCAMBIA2301-Csa011929、pCAMB IA2301-Csa012726，并对Csa011929基因的功能进行研究。本文从分子水平初步鉴定响应干旱胁迫黄瓜叶片AQPs的功能，对进一步解析黄瓜的抗旱分子机制和改良黄瓜的抗旱性均具有重要意义。主要研究内容如下:　　(1)从进化关系、蛋白结构域、跨膜区域以及三维结构预测等方面对黄瓜水通道蛋白Csa011929和Csa012726进行生物信息学分析;　　(2)克隆出2个黄瓜AQPs基因:Csa011929和Csa012726，其中Csa011929属于AQPs中PIP家族的PIP2;2，Csa012726则属于PIP1;2;　　(3)构建了Csa011929和Csa012726基因的过表达载体，命名为pCAMBIA2301-Csa011929和pCAMBIA2301-Csa012726，并通过农杆菌介导将pCAMBIA2301-Csa011929转化到拟南芥和烟草中，并得到转基因植株;　　(4)对筛选出的T2代阳性纯合转基因拟南芥植株进行干旱胁迫和ABA处理，研究结果表明Csa011929基因的过表达提高了植株的抗旱性，并证明了Csa011929参与了非ABA途径的干旱胁迫反应。

目录

声明

摘要

1 文献综述

1．1 干旱对植物生长的影响

1．2 植物抗干旱生理机制

1．3 植物水通道蛋白的研究进展

1．3．1 水通道蛋白家族成员

1．3．2 水通道蛋白的结构

1．3．3 植物水通道蛋白的生理功能

1．3．4 水通道蛋白的表达

2 材料与方法

2．1 实验材料和试剂

2．1．1 植物材料

2．1．2 质粒载体和细菌菌株

2．1．3 生物酶以及实验相关生化试剂

2．1．4 实验主要仪器

2．1．5 引物序列

2．1．6 植物材料的培养

2．2 实验方法

2．2．1 总RNA的提取(Trizol试剂盒)

2．2．2 RNA反转录成cDNA

2．2．3 目的基因克隆

2．2．4 植物表达载体的构建

2．2．5 Csa011929农杆菌介导转化拟南芥与烟草

2．2．6 Csa011929转基因拟南芥的生理特性

3 结果与分析

3．1 黄瓜Csa011929、Csa012726生物信息学分析

3．1．1 黄瓜水通道蛋白家族进化分析

3．1．2 Csa011929的蛋白结构域及跨膜区域

3．1．3 Csa012726的蛋白结构域及跨膜区域

3．1．4 Csa011929、Csa012726蛋白三维结构预测

3．2 黄瓜总RNA的获得

3．3 黄瓜Csa011929，Csa012716片段的获得

3．4 黄瓜Csa011929、Csa012716基因的测序结果比对

3．5 植物表达载体构建

3．6 Csa011929转基因拟南芥获得与鉴定

3．7 Csa011929转基因烟草获得与鉴定

3．8 转基因拟南芥生理性状实验

3．8．1 拟南芥离体叶片失水实验

3．8．2 拟南芥干旱胁迫耐性的鉴定

3．8．3 Csa011929介导的干旱胁迫参与了非ABA信号途径

4 讨论与结论

4．1 Csa011929和Csa012726生物信息学分析

4．2 Csa011929参与植株的干旱胁迫的响应

4．3 Csa011929参与非ABA途径的干旱胁迫反应

缩略表

参考文献

个人简介

致谢