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霸王抗旱性的分子机理及相关基因克隆研究

吴斌  
【摘要】:干旱是主要的环境胁迫因子之一,它严重影响着植物生长及作物产量。在干旱条件下,许多基因参与了植物对干旱胁迫的响应,然而,目前只有为数不多的基因的详尽功能得到阐明,并且这方面的大部分工作是在一年生草本模式植物如拟南芥、烟草及水稻上完成的,对林木相关的研究较少。 霸王[Zygophyllum xanthoxylum(Buage)Maxim.]属蒺藜科,为非洲起源的旱生植物,主要分布于北非,中亚及北美部分荒漠区,在我国主要分布于西北部荒漠地区和荒漠化草原地带。霸王是一种强旱生型小灌木,其自然分布区年降水量一般在50-200mm左右,300mm以上降水量很难见到霸王天然分布群落。为了研究旱生植物的抗旱机理,发掘抗旱基因,本研究以强旱生木本植物霸王为材料,通过抑制差减杂交(SSH)的方法,对霸王在干旱条件下的特异转录组进行研究,结合霸王的叶片结构和霸王在干旱条件下的生理变化,对霸王的抗旱机理进行了分析探讨;同时利用差减文库中的差异表达基因片段,采用RACE方法,克隆出5个干旱胁迫相关基因,并进行了初步的功能验证。主要研究结果如下: 1.构建了霸王在干旱条件下的差减文库并对部分基因进行了表达谱分析。以经过干旱胁迫处理的霸王叶片为目标组(Tester),正常生长条件下的霸王叶片为对照组(Driver),通过抑制差减杂交(SSH)的方法,构建了一个含有约4000个克隆的差减文库,从中挑选出经过差示筛选为阳性的400个克隆进行测序。生物信息学分析表明,所选取的400个阳性克隆大部分与已经发现的其它物种干旱胁迫相关基因在蛋白水平上有较高的相似性,还有许多功能未知的EST,根据比对结果将有显著同源性的EST根据其功能分为13个功能组。采用定量PCR的方法对部分序列所代表的基因在干旱条件下的表达谱进行了分析,结果表明干旱条件下,霸王一方面提高了合成渗透调节物质相关酶基因的转录水平,如多糖,多胺,甜菜碱等:另一方面提高了抗氧化、解毒相关酶基因(如SOD,CAT,GST等)的表达水平,这说明霸王通过提高自身的渗透调节能力与抗氧化、解毒能力来增强自身对于干旱胁迫的适应能力。 2.对霸王在干旱胁迫条件下的分子生物学及生理学研究表明,霸王在干旱条件下具有C_4碳同化途径。定量PCR结果显示,在干旱条件下,霸王提高了与C_4途径相关的酶如PEPC、PPT、FPT及NaDC基因的转录水平,对C_4碳同化途径关键酶PEPC活性变化检测也表明干旱条件下其活性急剧升高,表明霸王在干旱条件下具有C_4碳同化途


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