大岩桐蜡质基因SsCER1的克隆及其功能分析

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植物蜡质是对覆盖于裸露在空气中的植物组织的表皮脂质成分的一个集体称呼,还包括地下的木栓质基质、愈伤组织、花粉粒以及种皮中的脂类。在植物角质层中,蜡质主要是由长链脂肪族脂质组成,不过也还包含一些三萜系化合物和小分子次生代谢产物,如固醇和类黄酮。植物角质层蜡质的物理和化学的组成决定的功能对于植物生命至关重要。它限制了非气孔水分散失,保护植物抵御紫外线,并在抵御细菌和真菌病原体方面扮演着重要角色,还参与了昆虫和植物之间多样的相互作用常重要的。近年来,经常通过研究植物外表皮蜡质的作用机理,并将外源的蜡质基因转入植物体中,用以提高植物耐旱性。  本研究通过 RACE技术从大岩桐中克隆得到了一个新的蜡质基因,对其表达进行了鉴定。还构建了表达载体,并转化烟草对起功能进行初步的分析,发现该基因确实通过改变蜡质结构,减少水份散失提高了植物的耐旱性,对培育新的耐旱植物具有指导意义。并构建了干涉载体,确定了大岩桐筛选压,为进一步研究该基因功能打下了基础。论文的主要研究成果如下:  (1)通过RACE技术从大岩桐中克隆得到一个新的蜡质基因并命名为SsCER1,该基因全长为2160bp。生物信息学分析表明其包含一个完整的ORF,长为1884bp,编码了627个氨基酸,主要包含2个跨膜(transmembrane)结构域和一个醇去饱和(Sterol_desat)结构域,与蜡质基因中的CER1类基因结构域位置相似。核酸序列分析表明SsCER1与已知CER1类基因具有50%以上的同源性。蛋白质同源性分析也表明其与CER1类基因具有进化上相近的关系。  (2)利用RT-PCR和Northern对该基因的表达进行了分析,发现SsCER1基因在大岩桐的根、茎、叶、花、大花芽和幼花芽中均有表达。结合蜡质基因应该表达的部位,初步说明SsCER1基因属于蜡质基因。  (3)成功构建了植物表达载体pBI121-CER1和干涉载体pZh01CER1,并对大岩桐Kan和Hym筛选压进行了鉴定,Kan和Hym筛选压分别为50mg/L和10mg/L。为下一步在大岩桐中详细研究该基因功能做好准备。  (4)利用农杆菌介导将表达载体pBI121-CER1转化烟草,PCR和RT-PCR检测发现获得了7株转基因阳性苗。转SsCER1基因烟草的扫描电镜表型分析说明了该基因增加了蜡质合成的量,并使得植物表皮的蜡质层加厚。同时,强光照条件下的干旱分析表明转基因表皮蜡质层发生了有利改变,减少了植物表面的水分散失,提高了植物的耐旱性。
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