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百子莲Y_2SK_2与SK_3脱水素基因逆境应答模式及启动子调控功能研究

吕可  
【摘要】:脱水素(Dehydrins)是植物响应逆境胁迫的一类重要的保护蛋白。前期研究发现百子莲(Agapanthus praecox)Y_2SK_2与SK_3型脱水素蛋白在百子莲胚性愈伤超低温过程积极响应复合逆境,并且对植物具有重要的体内、体外保护作用。本文进行了百子莲Y_2SK_2与SK_3型脱水素基因(ApY_2SK_2、ApSK_3)的表达模式及启动子的调控功能研究。对百子莲幼苗进行干旱、高渗、盐、低温、高温和脱落酸等外源处理,检测ApY_2SK_2、ApSK_3基因在不同组织中的表达量变化情况。结果显示:这两个脱水素基因对干旱、盐等胁迫信号产生响应的过程主要发生在根系中;对温度的响应发生在叶片中;对植物激素ABA在根、叶中均有响应,叶片响应速度更快;在百子莲根和叶片中都能够响应渗透胁迫信号,而ApSK_3仅在根系中对渗透胁迫信号产生响应。6种外源处理对ApY_2SK_2基因的影响程度依次为:渗透低温ABA盐干旱高温处理;对ApSK_3基因的影响程度依次为:盐、ABA渗透、低温、干旱高温处理。总体来看,ApY_2SK_2、ApSK_3基因能够积极响应干旱、高渗、盐、低温以及ABA外源信号,ApY_2SK_2对于逆境胁迫的敏感性明显强于ApSK_3。应用植物顺式元件数据库plant CARE对ApY_2SK_2上游1199bp启动子序列(ApY_2SK_2-P),ApSK_3上游2175bp启动子序列(ApSK_3-P)进行生物信息学分析。结果表明,两个启动子均具有TATA-box和CAAT-box等一些启动子核心结构元件以及参与调控种子发育过程的顺式作用元件(Skn-1 motif,GCN4 motif)。ApY_2SK_2-P包含多个与逆境相关的顺式作用元件,如HSE(高温响应元件)、LTRE(低温响应元件)、MBS(脱水响应元件)以及8个脱落酸(ABA)响应元件ABREs;而ApSK_3-P除了逆境响应元件MBS外,还含有多个激素信号响应元件,如ABREs、P-box(赤霉素响应元件)、ERE(乙烯响应元件)、TGA-box(生长素响应元件)等。对ApY_2SK_2-P、ApSK_3-P启动子不同区域缺失片段进行克隆并与GUS报告基因相连,构建启动子p BI121双元表达载体,11个表达载体转化烟草叶片和拟南芥,进行启动子缺失片段表达活性分析。结果表明,在正常条件下ApSK_3-P具有较高的活性,而ApY_2SK_2-P启动子活性较低。ApY_2SK_2-P受多种胁迫和植物激素ABA诱导,干旱、渗透、盐等胁迫信号可能是通过启动子上多个ABREs元件以及位于-1199—-670区域内的两个MBS元件参与调控脱水素基因的表达,位于-1199—-946区域内LTRE元件可以响应低温信号,ApY_2SK_2-P响应胁迫信号的表达重要区域为-1199—-670。ApSK_3-P可以响应胁迫(干旱、渗透、盐、低温)和激素(脱落酸、赤霉素、乙烯)信号,这些信号可能通过启动子的MBS、ABREs、P-box和ERE等顺式作用元件调控基因的表达。综上所述,本研究验证了ApY_2SK_2-P和ApSK_3-P在多种逆境胁迫下调控脱水素基因ApY_2SK_2、ApSK_3的表达模式,对抗逆植物分子育种具有应用价值。


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