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番茄SlSTE1基因的耐盐功能研究及其调控机理探索

蔡敬  
【摘要】:土壤盐渍化是威胁农作物生长质量和产量的世界性问题,农业灌溉中盐碱物质的不断积累使得作物产量急剧减少,因此在不断改善土壤质量的同时提高作物对盐胁迫的耐受性就显得尤为重要。番茄作为世界第二大果蔬作物,具有十分重要的经济和食用价值。全面而深入的了解番茄对盐胁迫的响应机制和分子机理,对提高番茄盐胁迫耐受性有着至关重要的意义。关于SlSTE1基因虽未见任何关于其功能的研究报道,但已有的研究显示SlSTE1基因在盐和脱落酸(ABA)等激素处理下其表达量显著升高,为证明SlSTE1基因与番茄盐胁迫耐受性的关系,本研究分别对野生型、SlSTE1沉默和超表达转基因番茄植株进行盐和ABA处理,对转基因植株的耐盐性生理指标进行检测,同时对ABA处理后叶片中ABA信号转导相关基因的表达模式进行分析。另外,对野生型和超表达转基因植株进行转录组测序,初步研究了SlSTE1的过量表达在番茄盐胁迫耐受性分子机制中的作用。具体结果如下:1、通过不同浓度的Na Cl对野生型、SlSTE1沉默和超表达转基因番茄幼苗的处理分析三种番茄的表型特征变化差异,统计番茄的根和茎长,可以发现在盐胁迫下超表达植株的生长状况比野生型要好,且根茎长度均高于野生型。2、对野生型和超表达转基因番茄植株进行ABA处理,并对ABA信号转导途径中的受体基因和正负调控因子的表达量进行检测,在ABA处理后有些基因的表达量显著下降,而也有些基因如Sl PYL9等表达量显著升高,特别是在超表达植株中的增量要显著高于野生型。这表明SlSTE1可能与ABA信号途径协同调控番茄对盐胁迫的耐受性。3、为了进一步证实SlSTE1基因对番茄耐盐性的提高与ABA信号途径有关,本研究通过酵母双杂交系统对猜测可能与SlSTE1蛋白相互作用的ABA受体和调控因子进行蛋白互作筛选,结果显示所有检测的ABA受体蛋白Sl PYLs和ABA信号转导的正调控因子Sl Sn RK2s均不能与SlSTE1蛋白相互作用。4、对盐胁迫下的野生型、SlSTE1沉默和超表达转基因番茄植株的叶绿素、丙二醛(MDA)含量和超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)酶活性进行检测,结果显示超表达植株中能够提高番茄耐盐性的叶绿素含量、SOD和CAT酶活性均要高于野生型,而MDA含量显著低于野生型,这些结果表明,盐胁迫下超表达植株自身光合呼吸作用以及对活性氧和自由基的清除作用相比于野生型更强,而脂质过氧化作用对细胞的伤害则比野生型番茄弱很多。5、对野生型和超表达番茄进行转录组测序的结果显示,过量表达SlSTE1基因后超表达植株中多种非生物胁迫响应基因被激活表达,且它们多参与氧化应激、渗透胁迫、非生物响应等生物过程。同时,q RT-PCR验证表明,几乎所有检测的胁迫相关的转录因子基因以及其他胁迫相关的基因在超表达转基因植株中的表达均显著高于野生型。这些结果进一步地证实了SlSTE1基因在提高番茄耐盐性过程中起到了非常重要的作用。综合以上结果,表明SlSTE1基因能够调控番茄对盐胁迫的响应,其超表达能够提高番茄的耐盐性。而ABA信号途径中的一些受体和正负调控因子基因的表达在SlSTE1超表达植株中出现上调,但SlSTE1蛋白与ABA信号途径中的蛋白没有相互作用。我们推测SlSTE1可能通过其他胁迫信号途径或ABA相关应答元件与ABA信号通路相互作用从而促进番茄盐胁迫耐受性的提高。


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