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黄花苜蓿是一种耐寒性很强的豆科牧草。根据本实验室庞朝枢构建的“黄花苜蓿冷诱导基因缩减杂交文库”里筛选出来的蔗糖转运蛋白MfSUC基因与脂质转运体MfTIL基因的主体片段,克隆出这两个基因编码区全长。通过RT-PCR技术,分析这两个基因在温度胁迫、盐胁迫、脱水胁迫和ABA处理条件下的表达趋势,同时还探讨这两个基因分别在紫花苜蓿和黄花苜蓿中的同源基因在低温下的表达规律。本研究还构建了pBI—MfSUC、pBI—MfTIL超表达载体和anti-PBI—MfSUC表达载体,通过农杆菌介导转化烟草并得到转基因植株,为进一步对MfSUC和MfTIL基因进行功能研究奠定了基础。主要研究结果如下:
⑴黄花苜蓿MfSUC和MfTIL基因的克隆。设计特异引物,通过RT-PCR从冷诱导的黄花苜蓿cDNA中克隆得到MfSUC和MfTIL基因。克隆得到的MfSUC长2007bp,开放阅读框1719bp,编码572个氨基酸的蛋白,Southern杂交结果表明该基因在黄花苜蓿基因组中以三拷贝形式存在;MfTIL长1135bp,开放阅读框507bp,编码168个氨基酸的蛋白,Southern杂交结果表明该基因在黄花苜基因组中以单拷贝形式存在。
⑵MfSUC和MfTIL基因在苜蓿中的表达分析。RT-PCR结果表明,MfSUC和MfTIL基因在黄花苜蓿根、茎和叶中均有表达,且在叶中表达量高于茎和根中的表达量;MfSUC基因在短时间内就能响应脱水和盐胁迫的诱导,低温、高温胁迫也能诱导MfSUC基因的表达,但是在外源ABA处理下表达量变化不大;MfTIL基因的表达受脱水、高温、低温和外源ABA的诱导,盐处理对其表达量影响不大;在秋眠型紫花2级苜蓿和秋眠型紫花8级苜蓿中,MfSUC和MfTIL基因的同源基因也会受冷诱导表达,但响应速度不及黄花苜蓿快。说明MfSUC和MfTIL基因与黄花苜蓿的抗逆性是相关的。
⑶MfSUC和MfTIL基因转化烟草及功能分析。构建pBI—MfSUC、pBI—MfTIL表达载体和anti-PBI—MfSUC表达载体,通过农杆菌介导转化烟草,转pBI—MfSUC、pBI—MfTIL基因烟草分子检测结果表明,MfSUC和MfTIL基因插入了烟草基因组中。对转MfSUC基因烟草的分析证明,MfSUC基因的表达降低了烟草叶片中的蔗糖含量,提高了根中蔗糖含量。在相同的栽培条件下,转pBI—MfSUC、pBI—MfTIL基因烟草与野生型烟草的开花、结籽等生理周期基本一致,没有明显差异。
⑷低温胁迫对转MfSUC、MfTIL基因烟草叶绿素荧光参数Fv/Fm、ФPSⅡ、qP和NPQ的影响。转MfSUC,MfTIL基因烟草叶绿素荧光参数Fv/Fm、ФPSⅡ、qP和NPQ在低温处理下都有下降,但Fv/Fm、ФPSⅡ、qP均高于野生型,说明受到光抑制的程度比野生型的小,光合效率比野生型强,可能是MfSUC、MfTIL基因的转入引起植物体内糖类、脂类物质的合成和运输在不同部位发生了改变。