【摘 要】
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番茄（Solanum lycopersicum L.）是全世界栽培最广泛的蔬菜作物之一,同时,番茄也是植物科学研究的重要模式植物之一。干旱、高盐、极端温度等非生物胁迫严重抑制作物的生长与发育,严重影响农作物产量。干旱作为非生物胁迫的主要胁迫因子之一,它给农作物带来的损失远高于其他逆境危害。因此,选育抗旱性强的番茄品种是重要的育种目标之一。目前,主要通过常规育种、生物技术两者结合的方法改良植物的抗旱
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番茄（Solanum lycopersicum L.）是全世界栽培最广泛的蔬菜作物之一,同时,番茄也是植物科学研究的重要模式植物之一。干旱、高盐、极端温度等非生物胁迫严重抑制作物的生长与发育,严重影响农作物产量。干旱作为非生物胁迫的主要胁迫因子之一,它给农作物带来的损失远高于其他逆境危害。因此,选育抗旱性强的番茄品种是重要的育种目标之一。目前,主要通过常规育种、生物技术两者结合的方法改良植物的抗旱性。近年来,诸多学者围绕着番茄抗旱性做了大量颇具价值的研究工作,为番茄抗旱性的改良奠定了基础。Dna J蛋白是广泛存在于植物细胞内的一种分子伴侣,它们对植物生长和抵御非生物胁迫起着至关重要的作用。本研究主要是对通过前期番茄抗旱基因芯片筛选和生物信息学分析,发现一个干旱应答的基因Sp Dna J1（SGN号:Sopen02g004380）。进一步的表达分析结果表明Sp Dna J1基因受到干旱、高盐、高温的诱导表达。于是我们在耐旱野生种潘那利（S.pennellii）番茄中克隆得到Sp Dna J1,构建了超量表达载体,通过农杆菌介导的方法转化到干旱敏感番茄M82（S.lycopersicum cv.M82）,对得到的转基因植株进行遗传鉴定,分析其后代的抗旱性。表达分析后,筛选得到超表达株系OE-5、OE-10和OE-12进行下一步的分析。以Sp Dna J1超量表达转基因植株为材料进行干旱胁迫处理,从表型、遗传学、生理生化水平展开研究,阐明Sp Dna J1基因在番茄抗旱中的功能,获得抗旱的转基因材料,为以后的育种工作提供基础。同时发现新的抗旱代谢途径,为研究其它抗逆基因提供参考。主要研究结果如下:1、Sp Dna J1生物信息学分析通过生物信息学分析,发现这个基因是广泛存在于各个物种中的,与马铃薯、烟草的同源性比较高。Sp Dna J1编码的蛋白质为不稳定的亲水性蛋白质,具有一个跨膜螺旋结构和磷酸化位点,包含一个保守的Dna J结构域。2、Sp Dna J1表达模式分析分析了这个基因在各种逆境和调节因子下的表达模式,结果表明Sp Dna J1受到干旱、高盐、热和ABA的诱导表达,但是在GA处理下,下调表达。这些说明Sp Dna J1受到多种逆境和调节因子的诱导表达。进一步组织分析表明,Sp Dna J1在普通栽培不抗旱番茄品种M82和野生抗旱番茄品种潘那利（S.pennellii LA0716）中的叶片和花中表达较高,说明这个基因在两个不同番茄品种中有相同的表达模式。3、获得了含有Sp Dna J1基因的转基因番茄植株采用农杆菌介导的遗传转化方法,成功将Sp Dna J1基因导入番茄进行超表达,获得了超量表达Sp Dna J1基因的转基因植株。4、Sp Dna J1基因超表达提高了番茄的抗旱能力选取超表达株系OE-5、OE-10和OE-12同时在培养基模拟干旱处理和营养土中干旱处理结果表明,相对野生型对照,超表达Sp Dna J1提高了普通栽培番茄的耐旱性,干旱处理17天后,野生型株系比转基因株系更萎蔫。生理生化研究结果表明,超表达植株在干旱后相对电导率、叶片失水率和丙二醛含量低于野生型。5、Sp Dna J1基因超表达株系RNA-seq分析选取超表达株系OE-5、OE-10和OE-12和对照株系M82,在正常生长和干旱处理后开始出现叶片萎蔫的表型时取样,进行RNA-seq测序。结果表明,在干旱处理后的上调表达或下调表达的差异基因数量显著多于未进行干旱处理的样品,在所有转基因株系和野生型对照中干旱处理之后相对于正常生长情况下均差异表达的基因共有243个,这些基因大部分都是和抗旱相关的转录因子、糖蛋白等。KEGG通路富集分析表明,在干旱胁迫中,超量表达Sp Dna J1基因主要影响光合作用、氮代谢、光合生物的固碳作用和植物激素等。
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