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为了深入研究玉米耐旱的分子机理,本研究用一耐旱玉米自交系“81565”,构建了水份胁迫下玉米幼苗差异表达mRNA的cDNA文库,并筛选鉴定了其中5个EST序列。其中两个是玉米的类胰蛋白丝氨酸蛋白酶基因(tryspin-like serineproteases,Dege)和不依赖辅助因子的磷酸甘油酸变位酶基因(cofactor-independent phosphoglycerate mutase,PGAM-i),一个基因编码具有NADH脱氢酶活性的还原酶,两个功能未知,这里命名为E4和F4。类胰蛋白丝氨酸蛋白酶(DegP)广泛参与生物耐热激反应和高等植物中的光抑制修复反应。拟南芥物种的AtDegP1,AtDegP5,AtDegP8和AtDegP2蛋白通过降解氧化变性的D1蛋白,而恢复PSⅡ的光合作用。耐盐植物冰草(Mesembryanthemu crystallinum)中,磷酸甘油酸变位酶基因(PGAM-i)的表达响应多种非生物逆境胁迫。基因E4的编码蛋白是含有DUF6和TPT结构域的膜整合蛋白。为了研究DegP,PGAM-i,E4和F4这4个基因如何响应水份胁迫,本实验用实时定量PCR技术对4个基因在水份胁迫下(20%PEG处理)的6个玉米自交系中的表达进行了分析。6个玉米自交系“81565”,“87-1”,“丹340”,“R09”,“200B”,“ES40”具有不同的田间耐旱性。DegP基因在植物的抗热激和PSⅡ光合抑制修复中起到重要作用,为近一步研究此基因在玉米耐旱中的作用和对产量的影响,克隆了玉米的DegP基因,并作了初步的生物信息学分析。主要的研究结果如下:1.用耐旱自交系“81565”和抑制差减杂交,反式Northern技术分离鉴定了玉米幼苗水份胁迫条件下上调表达的5个EST序列,其中三个分别是编码DegP,PGAM-i,NADH还原酶的基因,两个功能未知。2.自交系“81565”中Dege,PGAM-i,E4和F4基因的表达响应水份胁迫。正常生长条件下,DegP,PGAM-i,E4和F4基因都有一定量的表达。在PEG处理的6h时,水份胁迫抑制了4个基因的表达,它们的表达量都低于胁迫处理前的表达量。随着胁迫处理时间的延长,4基因的表达量开始上升。在胁迫12 h时,PGAM-i基因的相对表达量达到了处理前的1.4倍。在胁迫24 h时,DegP基因的相对表达量是处理前的0.6倍;E4基因是处理前的1.2倍,F4基因是处理前的1.6倍。水份胁迫处理下,PGAM-i,E4和F4基因的表达都上调了。3.水份胁迫下,6玉米自交系中4基因的表达模式有相似和不同。耐旱自交系“87-1”和“R09”4基因的表达模式和“81565”自交系的相似。耐旱自交系“200B”中DegP基因的表达受到抑制,水份胁迫24 h时,PGAM-i基因的表达量被诱导到处理前的6倍,E4被诱导到2.6倍,F4基因被诱导到2倍。不耐旱自交系“丹340”中DegP和E4基因被下调表达,PGAM-i基因的表达在胁迫24 h时得到恢复,F4基因受胁迫诱导上调表达。不耐旱自交系“ES40”4基因的表达都受水份胁迫抑制,表达量一直降低。这从分子水平也反映出“ES40”自交系的弱耐旱性。4.克隆了玉米自交系“87-1”中的DegP基因,发现其存在缺失突变,并分析了DegP基因此位点的序列多样性。生物信息学分析发现玉米基因DegP和拟南芥的AtDegP8基因同源性非常高,二者间氨基酸序列的相似性是66%。分析同时发现玉米基因组中存在一个和AtDegP1基因同源性较高的DegP家族的另一成员,二者N端氨基酸序列比较,其一致性是53%。本文的研究结果表明,玉米中DegP,PGAM-i,E4,F4基因的表达响应水份胁迫,它们的表达对增加玉米的耐旱性有着重要作用。6个自交系间的比较分析显示了它们在干旱胁迫下对4个基因的不同调控模式。其中三个耐旱自交系“81565”,“R09”,“87-1”对4个基因的上调表达显示了其在水分胁迫时,它们更迅速的调控能力。自交系“ES40”在水份胁迫下4个基因的表达一直受到抑制,这和它的弱耐旱性一致。高等植物的DegP基因家族广泛参与了植物的耐热激反应和光抑制修复反应。由于玉米DegP基因和AtDegP8基因的蛋白序列相似性很高,推测玉米的此基因为AtDegP8的同源基因。拟南芥的AtDegP1,AtDegP5,AtDegP8蛋白位于叶绿体内囊体内腔中,它们和位于内囊体基质的AtDegP2蛋白,及FtsH蛋白一起修复光抑制反应,恢复光合反应正常进行。这些结果显示DegP基因家族对提高玉米物种的耐旱性有重要作用,它们对逆境胁迫下的产量也有重要影响。玉米DegP基因存在不同基因型,如自交系“87-1”中的缺失突变型,推测其不能合成有功能的完整DegP蛋白。这种基因型和自交系耐旱能力的关系,有待近一步研究。