平邑甜茶MhCLC-c1和MhCLC-e2对氯化钠和缺氮胁迫的响应

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苹果是我国北方地区栽培面积最大、产量最高的水果,土壤盐渍化和氮肥施用不当是影响苹果生产的重要因素。引起土壤盐渍化的主要是氯化钠,在氯化钠胁迫中,除了钠离子外,氯离子(Cl-)也起非常重要的作用。氯离子通道(CLCs)是一类阴离子转运蛋白,除了调控细胞Cl-运输外,也调控其他阴离子(如硝酸根,NO3-)等的跨膜运输。本研究在苹果CLC基因家族鉴定出9个CLC成员的基础上,从平邑甜茶扩增出MhCLC-c1和MhCLC-e2两个基因,获得它们的转基因苹果愈伤组织和MhCLC-c1过表达的拟南芥,分析了这两个基因对NaCl和缺氮胁迫的响应。主要结果如下:1.苹果CLC基因家族的生物信息学分析在苹果基因组中鉴定得到的9个CLC基因家族成员,分别位于苹果基因组的6条染色体上,外显子数量4~22个,启动子上存在多个与逆境胁迫及激素响应相关的顺式作用元件,它们编码的蛋白均定位于细胞质膜上。系统进化树显示9个Md CLCs分为两个亚家族,亚家族I成员中除了Md CLC-c2外均存在保守区域Gx Gx PE、GKx GPxx H和Pxx Gx LF,亚家族II成员只存在保守区域GKx GPxx H。9个Md CLCs存在5~11个跨膜区域。2.MhCLC-c1响应盐胁迫,不响应缺氮胁迫以苹果砧木平邑甜茶c DNA为模板,克隆了氯离子通道基因MhCLC-c1,该基因编码778个氨基酸,进一步构建了MhCLC-c1的过表达和反义抑制载体,并将其转化到苹果愈伤组织;同时,将MhCLC-c1的过表达载体转化到拟南芥。NaCl胁迫下,MhCLC-c1过表达系的H2O2含量、MDA含量、细胞相对死亡率和Cl-含量均显著低于野生型,而反义系的结果则相反。亚细胞定位结果显示MhCLC-c1蛋白定位于细胞质膜。这些结果表明,在NaCl胁迫下,苹果属植物可能通过上调MhCLC-c1的表达来降低细胞内Cl-含量,从而减轻NaCl胁迫的伤害。转基因拟南芥的结果中也显示,MhCLC-c1的过表达能够减轻NaCl胁迫的伤害。在缺氮条件下,MhCLC-c1转基因愈伤组织和野生型的表型差异不明显,说明MhCLC-c1不响应缺氮胁迫。3.MhCLC-e2响应盐胁迫和缺氮胁迫以苹果砧木平邑甜茶c DNA为模板,克隆了氯离子通道基因MhCLC-e2,该基因编码786个氨基酸。将MhCLC-e2转入‘王林’苹果愈伤组织,获得3个MhCLC-e2过表达愈伤系。在NaCl胁迫下,3个MhCLC-e2过表达愈伤组织的生长状态和鲜重均比野生型差,说明MhCLC-e2过表达愈伤组织对NaCl敏感。在缺氮培养基中,3个转基因愈伤组织生长状态均好于野生型,鲜重高于野生型,硝态氮、亚硝态氮、铵态氮和总氮含量均低于野生型,氨基酸含量高于野生型,表明缺氮条件下MhCLC-e2可能会通过影响氮素含量进而促进愈伤组织的生长。
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