异源表达芥菜BjMATE增强紫花苜蓿耐酸铝胁迫的机理

摘要

【目的】酸铝胁迫是南方农业生产面临的主要环境胁迫之一。研究乡土植物对酸铝胁迫的适应机理,发掘并利用优良基因培育抗酸耐铝作物新品种,从而为紫花苜蓿分子遗传改良奠定基础。【方法】贵州省草业研究所紫花苜蓿遗传改良组前期已从贵州乡土资源平坝苦油菜中克隆获得BjMATE,并将其构建过量表达载体。采用组织培养和花器官浸泡法分别对紫花苜蓿和拟南芥进行遗传转化,根据NPT抗性基因和特异基因设计引物对转化材料进行分子鉴定,并采用qRT-PCR进行表达量的鉴定。利用水培法平行比较转基因和对照紫花苜蓿在酸、铝和酸铝组合胁迫条件下的发芽率、幼苗生长状况,以及在长时间弱酸铝胁迫条件下的幼苗地上和地下部分的生长变化。采用酶标仪检测酸、铝以及酸铝组合胁迫条件下转基因和对照紫花苜蓿根系中POD、SOD、CAT等抗氧化酶的活性和MDA含量的变化,同时在BjMATE过表达的拟南芥中采用qRT-PCR的方法分析酸铝代谢途径的关键基因AtMATE、AtPIN2、AtALS3、AtALMT1和AtSTOP1在胁迫条件下的表达变化,并对其调控关系进行讨论。【结果】过量表达BjMATE的拟南芥和紫花苜蓿的阳性率分别为100%与66.7%,候选紫花苜蓿和拟南芥转基因株系中BjMATE的表达量分别比对照上调63.02和76.87倍。过量表达BjMATE紫花苜蓿株系OEMs-5和对照中苜1号紫花苜蓿的发芽率在正常、酸胁迫、铝胁迫和酸铝组合胁迫条件下都没有显著差别,但是其发芽势在胁迫条件下显著优于对照中苜1号。在长时间弱胁迫条件下,OEMs-5的株高与对照没有显著区别,但在铝离子胁迫和酸铝组合胁迫条件下,其的生物产量和根系伸长显著优于对照中苜1号。抗氧化酶活性和MDA含量在OEMs-5与中苜1号中的变化不尽相同。POD和SOD的活性在胁迫处理后的2个材料中都显著上升,但只有SOD的活性在2材料间差异显著。CAT的活性在处理间和材料间都没有显著的差异。MDA的含量略有下降,在铝离子和酸铝组合胁迫条件下的2个材料中差异达显著水平。qRT-PCR显示,在OEAt-1植株中,AtMATE、AtPIN2、AtALS3、AtALMT1和AtSTOP1受铝和酸铝组合胁迫诱导,但只有AtSTOP1在OEAt-1与野生型之间差异显著。【结论】BjMATE能够正向调节紫花苜蓿在种子萌发和幼苗生长阶段对酸铝胁迫的耐受性。活性氧清除系统尤其是SOD以及酸铝代谢途径关键基因AtSTOP1可能参与BjMATE介导的酸铝胁迫调节。