论文部分内容阅读
低温和土壤盐渍化等非生物逆境严重影响植物生长发育及作物的产量和品质,我国多个麦区小麦的生产均不同程度受到低温和土壤盐渍化的影响。因此研究小麦对低温和盐胁迫的耐受机制对于小麦遗传改良具有重要意义。水通道蛋白(Aquaporins,AQPs)是细胞膜上能选择性地高效转运水分子的膜内在蛋白,属于MIP(Maj or Intrinsic Protein)超家族。迄今为止,已在几乎所有生物中发现了AQPs蛋白的存在。AQPs的发现及其结构和功能的研究,为人们从分子水平认识和阐明细胞内水分运输的机理奠定了重要基础。植物AQPs不仅可以运输水分,还可以跨膜转运其它小分子物质,以维持细胞渗透压和正常代谢过程。研究表明,植物AQPs在响应干旱、高盐和低温等非生物胁迫中起重要作用,但有关重要粮食作物小麦中AQPs的研究鲜有报道。本研究从中国春小麦中克隆了两个水通道蛋白编码基因TaAQP7和TaAQP8,并对这两个基因在小麦中的表达特性以及抗逆功能进行了分析,主要研究结果如下：(1)TaAQP7和TaAQQP8基因的克隆及生物信息学分析利用RACE技术克隆了TaAQP7和TaAQAP8基因的全长cDNA序列,其中TaAQP7的cDNA序列为968bp,ORF为861bp,编码一个由286个氨基酸残基组成的蛋白质；TaAQP8的cDNA序列为为909bp,ORF为867bp,编码一个由288个氨基酸残基组成的蛋白质。TaAQP7和TaAQP8所编码蛋白均含有AQP家族蛋白的活性区域及典型的6个保守结构域。进化分析表明,TaAQP7和TaAQP8均属于MIPs超家族,与大麦AQP基因具有较近的进化关系；隐马尔科夫模型预测表明,TaAQP7可能属于PIP2亚家族,TaAQP8可能属于PIP1亚家族。(2)1aAQP7和TaAQP8亚细胞定位及水通道活性分析将TaAQP7和TaAQP8的GFP融合蛋白表达载体分别与质膜定位标志蛋白基因pm-rk表达载体共转化洋葱表皮细胞,亚细胞定位观察结果表明,TaAQP7-GFP和TaAQP8-GFP均定位在细胞质膜上。非洲爪蟾卵母细胞表达实验结果表明,TaAQP7和TaAQP8都具有转运水的功能,其中TaAQP7转运水的能力较强,符合PIP2亚家族的特征,TaAQP8转运水的能力较弱,符合PIP1亚家族的特征。(3)TTaAQP7和TaAQP8基因的表达模式分析利用qRT-PCR技术分析了TaAQP7和TaAQP8在小麦各器官的表达模式,发现TaAQP8在叶片中表达量较高,而TaAQP7在茎中表达量较高,TaAQP7和TTaAQP8均在雄蕊中表达量最低。TaAQP7的表达显著地受低温胁迫诱导,而TaAQP8的表达显著地受高盐胁迫和乙烯及过氧化氢诱导。乙烯和过氧化氢生物合成抑制剂的实验结果表明,乙烯和过氧化氢信号可能参与NaCl诱导TaAQP8基因的上调表达过程。(4) TaAQP7转基因烟草对低温胁迫的耐受性分析TaAQP7转基因烟草的表型分析结果表明,异源表达TaAQP7能显著增强转基因烟草对低温胁迫的耐受能力。生理生化分析结果发现,与野生型株系相比,在低温胁迫条件下,转TaAQP7基因的烟草株系具有较高的叶绿素含量、较低的离子渗漏和丙二醛含量。这些结果表明,异源表达TaAQP7能够减少转基因烟草的膜损伤,从而提高了转基因烟草对低温胁迫的耐受性。(5)TaAQP8转基因烟草对高盐胁迫的耐受性分析TaAQP8转基因烟草的表型分析结果表明,异源表达TaAQP8能够增强转基因烟草对高盐胁迫的耐受能力。生理生化分析结果表明,与野生型相比,在高盐胁迫下,TaAQP8转基因烟草植株的根和茎保持了较高的K+/Na+和Ca2+含量,根中具有较高的超氧化物歧化酶活力、过氧化氢酶活力和过氧化物酶活力,较低的离子渗漏、丙二醛含量和过氧化氢含量。这些结果表明,异源表达TaAQP8能够使转基因烟草的根和茎保持较高的K+/Na+和Ca2+含量,并能显著增强植株抗氧化酶活力,从而使转基因烟草能够更好的对抗高盐胁迫所导致的氧化损伤。以上结果表明,TaAQP7主要通过减轻膜脂质过氧化赋予转基因烟草对低温胁迫的耐受性；TaAQP8主要通过改变植物体内离子分布、比例和促进抗氧化系统活性赋予植物对高盐胁迫的耐受性。