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非生物逆境(包括高温、低温、干旱、盐碱等)影响植物的生长发育,是制约农作物产量和质量提高的主要因素之一。鉴定与植物耐受非生物逆境相关基因的功能,不仅可以揭示植物耐受胁迫的分子机理,还可为通过基因工程途径提高作物耐受非生物胁迫的能力提供理论基础。
本研究以拟南芥为材料,利用分子生物学和细胞生物学的方法,对UGT-LIKE、AtUF1和AtUF2基因的时空表达、编码蛋白的亚细胞定位、突变体和超表达转基因拟南芥植株的表型进行了分析,并对它们与微丝骨架动态的关系进行了初步的研究。
(1)UGT-LIKE的表达受微丝骨架动态和非生物胁迫诱导。利用微丝骨架聚合抑制剂(20μMLatB处理2h和4h)和促微丝聚合剂(0.5μMJAS处理4h)处理野生型拟南芥,UGT-LIKE表达量明显升高。150mMNaCl、375mM甘露醇处理12h后该基因的表达量也明显升高。在含有0.3μMLatB的MS培养基上光照和黑暗条件下生长12d后,超表达UGT-LIKE的拟南芥转基因植株根明显比野生型的短,并且叶片表皮细胞内的微丝束发生断裂、解聚。这些结果表明UGT-LIKE参与拟南芥对盐害和脱水胁迫的响应,并且与拟南芥微丝骨架的动态调节有关。
(2)AtUF1的表达受盐、渗透胁迫、ABA和微丝动态的调节。经150mMNaCl和375mM甘露醇处理野生型拟南芥12h后,AtUF1表达量明显升高。10μM和100μM的ABA处理3h后,该基因的表达量明显升高。经20μMLatB处理2h和4h后,AtUF1的表达量升高。此外,经10μM(6h)、100μM(2h)、2mM(2h)环己酰亚胺处理,AtUF1的表达量分别提高了13倍、15倍和67倍,这一结果暗示该基因的表达可能受负调控因子调控。
在含有150mMNaCl的MS培养基上,超表达转基因拟南芥种子萌发速率高于野生型和突变体(atuf1)。在含有1.6μMABA的MS培养基上生长13d后,超表达转.AtUF1基因拟南芥植株的根明显比野生型长,突变体植株的根短于野生型。推测AtUF1参与拟南芥对盐胁迫的响应过程可能和激素ABA有关。
在含有0.3μMLatB的MS培养基上生长12d后,AtUF1超表达拟南芥植株和T-DNA插入的突变体根长表现出明显的差异,超表达植株根长度明显短于野生型,突变体根长于野生型拟南芥。并且超表达转基因拟南芥植株叶片表皮细胞内微丝解聚明显,表明AtUF1可能通过调控微丝骨架的动态调节组织生长。
(3)AtUF2的表达同样受盐和渗透胁迫诱导。150mMNaCl和375mM甘露醇处理野生型拟南芥12h后,该基因的表达量明显升高。利用GFP融合蛋白技术和瞬时表达方法,发现该蛋白定位于过氧化物酶体上。在含0.5μMMV的MS培养基上生长11d,超表达转基因拟南芥植株生长好于野生型和突变体,说明AtUF2可能参与拟南芥对氧化胁迫的适应。