桃PpNUDX8基因响应干旱胁迫的分子机制研究

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桃具有很高的营养和经济价值,深受人们喜爱。由于我国果树采用“上山下滩”的发展政策,加之近年来全球变暖导致的极端天气频率增加,使桃经常发生各类非生物胁迫,造成桃产量和品质下降,其中干旱胁迫最为常见且影响最为显著。在拟南芥中,NUDIX水解酶在多种生理生化过程中发挥重要的调节作用,如细胞稳态平衡、免疫调节和非生物胁迫反应等。然而在桃中关于NUDIX水解酶家族如何响应干旱胁迫的分子机制仍不清楚。本研究从桃NUDIX水解酶家族中筛选分离鉴定了一个基因PpNUDX8(Prupe.5G062300.1),以’山桃苗‘、’PpNUDX8转基因苹果愈伤‘、’PpNUDX8转基因烟草‘为材料,探究PpNUDX8在干旱胁迫响应中的分子机制。主要研究结果如下:(1)通过将PpNUDX8与拟南芥、苹果、梅、杏、梨、水稻中的同源基因比对后发现,PpNUDX8具有典型的NUDIX8水解酶结构域。系统发育树分析表明,PpNUDX8与杏、梅的同源性最接近。对PpNUDX8进行组织表达特异性分析后发现,PpNUDX8在桃各组织中均有表达,其中在果肉中的表达量最高,根部表达量次之。对PpNUDX8的启动子顺式作用元件分析后发现,PpNUDX8具有响应脱落酸、茉莉酸甲酯、干旱诱导等元件,推测PpNUDX8可能受干旱胁迫和脱落酸、赤霉素、茉莉酸甲酯等激素的诱导。对40日龄的山桃苗进行非生物胁迫处理,发现PpNUDX8受干旱胁迫和ABA信号的诱导。(2)在苹果愈伤中异源过表达PpNUDX8降低了苹果愈伤的耐旱性。PpNUDX8转基因苹果愈伤组织长势明显偏弱,且鲜重较低、丙二醛含量较高。(3)在烟草中过表达PpNUDX8降低了转基因烟草对干旱胁迫的耐受性。对转基因和野生型烟草进行干旱处理后发现,PpNUDX8转基因烟草的长势明显偏弱以及萎蔫程度明显更大,转基因烟草中的叶绿素、脯氨酸和可溶性蛋白含量偏低,相对电导率、丙二醛含量偏高。PpNUDX8的过表达降低了烟草中ABA合成基因NCED6的表达以及提高了ABA分解基因CYP1的表达,进而导致ABA含量下降。此外,PpNUDX8负调控ABA的信号转导,且降低了应激胁迫基因(DREBA1、RAB18、RD29A、RD29B、LEA5)的转录表达。同时,过表达PpNUDX8破坏了烟草中NAD和NADH的稳态。(4)PpNUDX8对ABA表现不敏感。对转基因和野生型烟草进行ABA处理后发现,转基因烟草种子的发芽率、绿色子叶的百分比更高,且长势更好、初生根更长。(5)通过对PpNUDX8进行酵母筛库得到了一个基因PpSnRk1βγ(Prupe.6G323700.1),酵母双杂交和Pull-Down实验验证了PpNUDX8与PpSnRk1βγ互作。对桃基因PpSnRk1βγ进行蛋白保守结构域分析和系统进化树分析,结果表明,PpSnRk1βγ的蛋白结构域很保守,PpSnRk1βγ与梅的同源性最近。对40日龄的山桃苗进行了低温、高温、氯化钠、干旱、赤霉素和ABA的处理后发现,PpSnRk1βγ在干旱、高温和ABA处理下受到明显的诱导。
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