黄花棘豆OoWRKY40基因的功能分析及其与内生真菌互作的响应

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作为研究历史较短的毒害草,黄花棘豆蔓延程度的严重性以及特有的毒性物质已经为西部地区草原生态和畜牧业发展带来了影响和损失。另一方面,因为拥有良好的牧草特征以及抗肿瘤活性的药用价值,黄花棘豆有着巨大的研究前景。目前有关黄花棘豆的研究主要在中毒机理、内生真菌关系、化感作用等方面。在前期本课题组发现,在逆境胁迫环境下黄花棘豆表现出较高的耐受性,而从黄花棘豆种子中分离出的内生真菌可以促进模式植物拟南芥根部生长及发育,但其中的抗逆机制以及内生真菌是否促进、如何促进黄花棘豆的生长等都不清楚。有报道指出WRKY转录因子家族参与应答生物、非生物等多种胁迫途径,因此本研究以黄花棘豆在非生物胁迫(干旱、盐胁迫)、与内生真菌共生两大转录组数据库为基础,筛选得到其中的差异基因—转录因子OoWRKY40,以其作为研究对象,通过分子技术手段,探究该基因在黄花棘豆应对非生物胁迫、与内生真菌Alternaria sect.Undifilum互作共生时所具有的未知功能,旨在为后期全面认识和充分发挥黄花棘豆应用价值提供依据。主要研究内容和结果如下:(1)通过对黄花棘豆非生物胁迫、与内生真菌共生两大转录组数据库进行数据筛选后,得到注释为comp82399_c1的差异基因。经Primer5设计引物,成功克隆得到该基因,并命名为OoWRKY40。OoWRKY40全长是1177bp,ORF长为960bp。生物信息学分析表明,OoWRKY40蛋白属于转录因子WRKY家族中Ⅱa族—WRKYGQK-C2H2型;系统进化树表明黄花棘豆OoWRKY40与鹰嘴豆Ca WRKY40之间存在较高的同源性。(2)构建植物双元表达载体pCAMBI1305-OoWRKY40-eGFP,一方面通过浸花法得到T2代过表达OoWRKY40阳性拟南芥种子。另一方面烟草亚细胞定位实验表明OoWRKY40转录因子定位在烟草细胞核上;通过构建酵母重组载体p GBKT7-OoWRKY40-BD进行酵母单杂实验,结果表明OoWRKY40转录因子并不具有转录激活活性。(3)qRT-PCR结果表明,OoWRKY40基因参与黄花棘豆对干旱(20%PEG 6000)、盐胁迫(150 mM NaCl)、ABA(100μM)、ETH(100μM)激素信号途径的应答反应机制。为探究黄花棘豆OoWRKY40的功能,因此进行了野生型和过表达OoWRKY40拟南芥(OEs)种子萌发率、根长的皿内实验。干旱处理下(0 mM、200 mM Mannitol、250 mM Mannitol),与Col-0相比,过表达株系(OEs)种子萌发率更高、根更长;盐胁迫(0 mM、100 mM NaCl、150 mM NaCl)中未有明显现象。其次,在250 mM Mannitol条件下处理7天过表达OoWRKY40拟南芥(OEs)幼苗,通过qRT-PCR方法检测逆境胁迫基因(PUB22、PUB23、CAMBP、IQM1)和ABA相关基因(NCED、AF1)的表达水平,结果发现这6个基因表达水平呈上调趋势。而外源添加ABA(0μM、1μM ABA、3 mM ABA)使过表达株系萌发率降低、抑制根的生长,进而延缓植物生长发育。因此得出OoWRKY40基因可能通过ABA信号通路,调控逆境相关基因来提高植株的耐旱能力。(4)qRT-PCR结果表明,OoWRKY40在黄花棘豆与内生真菌Alternaria sect.Undifilum共生时期起负调控作用;OoWRKY40通过SA、MeJA激素信号通路参与黄花棘豆与内生真菌Alternaria sect.Undifilum共生,其中0-20天时,OoWRKY40主要通过MeJA信号通路参与该共生阶段;20天后,OoWRKY40主要通过SA信号通路参与该阶段。
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