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耐盐相关基因mangrin和ZRP4的克隆、分析与功能研究

张文惠

   世界上存在着大面积的盐碱地,高浓度的盐胁迫造成植物生长停滞,甚至导致死亡。盐碱耕地中种植的作物往往发生大幅的减产,目前解决这个问题的方法之一就是培育出优良的耐逆作物。应用分子生物学、分子遗传学等方法研究作物抗逆机制,寻找抗逆基因,并通过基因工程手段培育抗逆作物品种已成为现代农业研究的重要内容。本研究在总结当前植物对逆境胁迫应答的生理、生化及分子生物学进展的基础上,以水稻和红树植物海莲为主要研究材料,开展了植物抗逆机制和相关基因工程研究,得到如下结果: 1.运用RT-PCR方法,从水稻中克隆了耐盐相关基因ZRP4,该基因全长1101 bp,编码了366个氨基酸组成的蛋白质,该蛋白质是由O-甲基转移酶调控。盐胁迫下,植物调节甲基转移酶的活性,能够高效地修复胁迫引起的蛋白质损伤,提高植物的抗逆能力。本研究构建了ZRP4基因的植物表达载体和ZRP4基因的RNAi表达载体,并通过农杆菌介导法将两个载体分别导入水稻,获得转ZRP4基因水稻和ZRP4基因RNAi转基因水稻。转基因植株T_0代和T_1代耐盐性检测表明,超量表达ZRP4基因水稻的耐盐能力得到了较大的提高,在150 mmol/L NaCl胁迫20 d后,成活率为60%,而未转化植株全部死亡;而ZRP4基因RNAi转基因水稻有效地抑制了甲基转移酶的活性,阻断甲基转移酶修复胁迫引起的蛋白质损伤,降低了水稻的耐盐能力,使其对盐胁迫显著敏感,100 mmol/L NaCl胁迫20 d后,成活率为60%,明显低于未转化植株的90%成活率。 2.运用PCR方法,从红树林植物海莲中克隆了耐盐相关基因mangrin,该基因全长为771bp,编码一个256个氨基酸残基组成的蛋白质,这个蛋白质为丙二烯氧化物环氧化酶(allene oxide cyclase,AOC)的同系物。mangrin基因的耐盐特性可能与其蛋白中有一个从16位至86位的70个氨基酸功能区域有关,该功能区具有一个与LEA蛋白中相似的富含丝氨酸区域,这个富含丝氨酸区域在胁迫时起到保护蛋白质和膜结构的作用。本研究将构建的mangrin基因植物表达载体,通过农杆菌介导法转入水稻,获得转mangrin基因水稻。转基因植株T_0代和T_1代耐盐性检测表明,超量表达mangrin基因水稻的耐盐能力得到了很大的提高,200 mmol/L NaCl胁迫20 d后,成活率为80%,而未转化植株、转ZRP4基因植株和ZRP4基因RNAi转基因植株皆死亡。 3.转基因植株生理生化分析表明,在盐胁迫下,转耐盐相关基因mangrin和ZRP4基因植株在相对含水量、细胞质膜透性、SOD、CAT和POD酶活性、脯氨酸含量、MDA……   
[关键词]:逆境胁迫;mangrin基因;ZRP4基因;水稻;红树林
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:西北农林科技大学2006年