【摘 要】
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低温伤害对世界农业生产造成了巨大的损失,植物在抵抗低温的过程中体内会有多种具有保护功能的相关蛋白得到表达。其中COR(cold-regulation)类基因是植物冷调节基因,编码亲水性的多肽,通过形成α-螺旋的二级结构对产生脱水的细胞脂膜起到稳定作用从而使植物能够抵御一定的寒冷。已有研究表明Cpcor413pm1蛋白与植物的抗非生物胁迫能力有关。为了明确蜡梅Cpcor413pm1基因在蜡梅抗寒的过
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低温伤害对世界农业生产造成了巨大的损失,植物在抵抗低温的过程中体内会有多种具有保护功能的相关蛋白得到表达。其中COR(cold-regulation)类基因是植物冷调节基因,编码亲水性的多肽,通过形成α-螺旋的二级结构对产生脱水的细胞脂膜起到稳定作用从而使植物能够抵御一定的寒冷。已有研究表明Cpcor413pm1蛋白与植物的抗非生物胁迫能力有关。为了明确蜡梅Cpcor413pm1基因在蜡梅抗寒的过程中所形成的具体功能,本实验通过原核表达系统获得蜡梅Cpcor413pm1体外重组蛋白,并对超表达Cpcor413pm1基因的大肠杆菌进行抗逆性分析;同时,通过体外酶活实验验证Cpcor413pm1蛋白在低温和高温胁迫下对超氧化物歧化酶(SOD)的保护作用。另外,通过构建植物超表达载体转入拟南芥进行非生物胁迫功能分析。最终,希望通过对Cpcor413pm1基因功能的研究,加深对COR413基因家族功能的认识。研究结果如下:(1)在构建的蜡梅花c DNA文库的基础上,通过PCR技术扩增出具有完整开放阅读框ORF(Open Reading Frame)的蜡梅冷适应基因的c DNA全长序列,命名为Cpcor413pm1(GenBank accession number:DQ359747)。该基因c DNA包括一个含有606碱基对,编码201个氨基酸的开放阅读框,编码蛋白的预测分子量为22.69 kDa。含101个疏水氨基酸,占氨基酸总数的50.25%,41个极性氨基酸,19个碱性氨基酸,12个酸性氨基酸,理论分子质量为22.69 kDa,预测等电点为9.55,半衰期为30h,不稳定系数23.59,可以推测其为稳定的蛋白质。(2)将蜡梅Cpcor413pm1基因成功构建到原核表达载体pET32a(+)中,并转化到宿主大肠杆菌BL21(DE3)Chemically Cell中进行表达,用温度为37℃,诱导剂IPTG的诱导浓度为1.0mM,诱导时间为6 h的条件表达融合蛋白。其经过SDS-PAGE电泳检测证明该融合蛋白为可溶性蛋白,且蛋白分子量值为41 kDa,与预期值大小一致。(3)运用Ni2+亲和层析柱技术纯化Cpcor413pm1蛋白,经SDS-PAGE电泳检测,结果显示纯化的特异条带约在41 kDa处。(4)通过体外测定蜡梅Cpcor413pm1蛋白在低温和高温胁迫下对超氧化物歧化酶(SOD)的保护作用,证实了SOD酶在蜡梅Cpcor413pm1蛋白保护下能够在低温和高温胁迫下保持酶的活性。(5)对转入Cpcor413pm1基因的大肠杆菌进行点板实验和的生长曲线分析,其实验结果表明,Cpcor413pm1蛋白能够响应低温、高温、高盐、干旱胁迫,该蛋白的过表达能提高大肠杆菌在低温、高温、高盐、干旱等非生物胁迫条件下的耐受性。(6)构建pCAMBIA2301G-Cpcor413pm1植物超表达载体,通过农杆菌介导的花序侵染法转化拟南芥,获得转基因株系。通过qRT-PCR检测选出表达量高、中、低三个株系进行表型观察和非生物胁迫实验。各表型指标显示,Cpcor413pm1基因过表达并未显著影响拟南芥植株生长发育的过程。在逆境胁迫中,通过观察植株的生长状况及测量植株的叶绿素、丙二醛含量,证明了Cpcor413pm1转基因拟南芥的抗寒、抗干旱、抗高盐能力强于野生型拟南芥。综上所述,Cpcor413pm1基因能在植物的抗寒、抗旱、抗高盐等非生物胁迫方面起作用。
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