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玉米转录因子ABP4在转基因拟南芥抗病和发育中的功能分析

王东平

   在生物和非生物逆境下,植物体都会产生大量活性氧。一方面,活性氧作为二级信使是植物逆境信号传导所必需的;另一方面,过量的活性氧又会对植物体造成不可逆损伤。因此,逆境下植物必须严格控制其体内的活性氧含量,使其产生和分解处于动态平衡,以维持正常细胞功能。植物抗氧化系统负责清除体内过量活性氧。揭示植物抗氧化基因的表达调控机制不仅有助于我们对活性氧信号传导途径的理解,而且对于改良作物的抗逆性有重要意义。 过氧化氢酶是植物体内清除过氧化氢的主要酶类,在植物抗逆反应中起着不可或缺的作用,玉米过氧化氢酶基因Cat1受真菌cerosporin毒素的诱导。本实验室以玉米Cat1基因启动子的顺式元件ABRE2为诱饵,通过酵母单杂交技术从玉米胚的cDNA文库中筛得的一种bZIP型转录因子,命名为ABP4。体内、体外实验表明,ABP4能够与ABRE2特异结合并具有转录激活功能;基因芯片分析表明在转基因拟南芥中ABP4能激活包括抗病基因在内的多种基因的表达。推测ABP4在转基因拟南芥中能提高植物的抗病性。 ABP4转录因子在玉米中受到哪些病原信号的诱导?在抗病反应中有何功能?对于活性氧水平的控制又有什么样的作用?它在植物衰老和开花过程中有什么作用?它在植物体内能激活哪些下游基因?为回答这些问题,本论文主要对ABP4基因在玉米中的病原诱导表达谱和在转基因拟南芥中抗病反应的功能进行深入分析。 本论文研究工作得到以下主要结果: 1.ABP4基因在玉米中受到水杨酸、大斑突其孢菌和多堆柄锈菌的诱导表达,但不受蠕孢菌的诱导。 2.通过DAB染色发现,正常生长条件下转基因拟南芥与野生型比,其H_2O_2含量即明显提高。说明ABP4基因的表达在正常生长条件下即能促进H_2O_2在转基因植株中积累。 3.通过拟南芥与致病菌Pseudomonas syringae pv.tomato DC3000(Pst.DC3000)的互作实验证实,ABP4转基因植株表现类似超敏反应的抗病表型,并能显著抑制Pst.DC3000在细胞的生长繁殖。 4.台盼蓝染色实验表明转基因拟南芥在Pst.DC3000感染后细胞死亡速率和强度明显高于野生型的。 5.对Pst.DC3000感染拟南芥的DAB染色结果显示,转基因拟南芥与野生型比在Pst.DC3000感染后体内H_2O_2的强度和积累速度明显提高。 6.RT-PCR分析证明,功能已知的抗病基因如NPR1,PR-5和EDS1以及功能有待证明的抗病相关基因NIMIN-1和两个R基因类似基因(AT2G52680和AT5G47250)在转基因拟南芥中表达上调。 7.ABP4转基因拟南芥在高温逆境下叶片衰老和开花加速,转基因植株叶片衰老强度和开花提早程度与ABP4基因在转基因植株中表达强度呈正相关。 8.与野生型拟南芥相比,ABP4转基因拟南芥在接种了Pst.DC3000后抽苔速率加快。 9.Aflymetrix基因芯片显示,ABP4转基因拟南芥中有11个衰老相关基因的基因表达上调。 综上所述,ABP4基因在玉米中受到水杨酸、大斑突脐胞菌和多堆柄锈菌信号的诱导。ABP4在转基因植株中的表达引起一系列基因表达发生变化,促使植物体大量积累活性氧,导致转基因植株对病原菌的抗性提高,开花和叶片衰老加速。这些结果说明,ABP4在植物抗病和发育过程中发挥重要的调控作用。……   
[关键词]:生物逆境;活性氧;转录因子;ABP4;Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:中国农业科学院2007年
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