白魔芋热激调控因子HSF家族基因互作关系研究

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魔芋(Amorphophallus)是目前发现的唯一能大量合成葡甘露聚糖(konjac glucomannan;KGM)的经济作物,具有极高的营养和经济价值。魔芋喜温暖忌高温,夏季持续高温造成魔芋产量锐减、品质严重下降,目前关于魔芋耐热调控机制方面的报道很少,因此研究魔芋耐热机理对魔芋产业的健康发展有重要意义。为了初步探索魔芋耐热调控机制,本研究选取耐热性较强、品质极佳的白魔芋(Amorphophallus albus)为试验材料,克隆了HSFB1基因以及HSFB1和HSFA2a的启动子,利用酵母双杂交系统、pull-down技术和Dual-Glo?双萤光素酶系统检测HSFB1、HSFA1、HSFA2a、HSP70之间的相互作用关系,对HSFB1、HSFA1、HSFA2a、HSP70基因的功能作了初步分析,为深入研究白魔芋HSFB1、HSFA1、HSFA2a、HSP70基因在高温胁迫中的答应基质奠定理论基础。主要试验结果如下:1.AaHSFB1基因的克隆与生物信息学分析采用同源克隆法,以白魔芋叶片c DNA为模板,扩增得到一个B1类HSF,命名为AaHSFB1,其c DNA全长1365 bp,开放阅读框(ORF)为939 bp,共编码312个氨基酸。预测蛋白分子量为33.94 k Da,理论等电点为8.48,与高粱(Sorghum bicolor)的同源性最高。2.AaHSFB1基因的相对表达模式分析将白魔芋在41℃高温下进行不同时间的处理,利用RT-q PCR技术,分析AaHSFB1基因在根、球茎以及叶片中的表达情况。结果发现AaHSFB1基因在根中的表达呈先升后降的趋势,并在热处理1 h时达到峰值,而在热处理12 h时其在叶片中的表达量达到最高,说明AaHSFB1对热胁迫敏感。3.AaHSFB1蛋白的亚细胞定位分析构建p CAMBIA1300-AaHSFB1-GFP融合表达载体,并转化烟草叶片表皮细胞进行瞬时表达分析,结果表明AaHSFB1蛋白定位于细胞核。4.AaHSFB1、AaHSFA1、AaHSFA2a、AaHSP70蛋白之间的互作分析酵母双杂交系统检测AaHSFB1与AaHSFA1、AaHSFA2a、AaHSP70蛋白互作关系,发现酵母融合菌株均无法在DDO/A、QDO/X/A和QDO培养基上生长,即AaHSFB1与AaHSFA1、AaHSFA2a、AaHSP70蛋白均没有相互作用。利用pull-down技术发现,HIS-HSFA1、HIS-HSFA2a、HIS-HSP70蛋白均不能捕获GST-HSFB1蛋白,与酵母双杂交结果一致。酵母双杂交系统检测AaHSFA2a与AaHSFA1、AaHSP70蛋白互作关系以及AaHSFA1与AaHSP70蛋白互作关系,发现酵母融合菌株均在DDO/A和QDO培养基上长出白色菌落,并在QDO/X/A培养基上长出蓝色菌落,表明AaHSFA2a与AaHSFA1、AaHSP70蛋白有相互作用,AaHSFA1能与AaHSP70蛋白发生相互作用。pull-down试验发现,HIS-HSFA1蛋白能捕获GST-HSFA2a蛋白,HIS-HSFA2a蛋白能捕获GST-HSP70蛋白,HIS-HSFA1蛋白能捕获GST-HSP70蛋白,与酵母双杂交结果一致。5.AaHSFB1和AaHSFA2a启动子的克隆及其活性分析根据AaHSFB1和AaHSFA2a的DNA序列,分别设计3条特异性引物,利用FPNI-PCR法获得AaHSFB1的启动子1509 bp和AaHSFA2a的启动子1320 bp,分别命名为pr AaHSFB1和pr AaHSFA2a。预测这两个启动子除了具有保守的TATA box及CAAT box外,还有典型的HSE元件、多个光反应元件、多种激素反应元件以及缺氧特异反应中的增强子类似元件等逆境响应元件,说明其在热激调控中可能受某些HSFs的调控。构建p BI121-pr AaHSFB1和p BI121-pr AaHSFA2a载体,并利用农杆菌介导法获得阳性转基因拟南芥植株,采用GUS染色法进行启动子活性分析,结果表明pr AaHSFB1和pr AaHSFA2a都属于高温诱导型启动子。6.pr AaHSFB1、pr AaHSFA2a与AaHSFA1、AaHSP70蛋白互作分析利用双荧光素酶技术,将p Green II0800-LUC-Aapr HSFB1农杆菌菌液分别与p Green II62-SK-AaHSFA1、p Green II62-SK-AaHSFA2a、p Green II62-SK-AaHSP70混合,p Green II0800-LUC-Aapr HSFA2a农杆菌菌液分别与p Green II62-SK-HSFA1、p Green II62-SK-HSFB1、p Green II62-SK-HSP70混合,检测结果显示只有p Green II0800-LUC-Aapr HSFA2a与p Green II62-SK-AaHSFA1混合菌株的萤火虫萤光素酶与海肾萤光素酶比值与阴性对照相比有显著性差异,其他融合菌株的萤火虫萤光素酶与海肾萤光素酶的比值与阴性对照相比均没有显著性差异,说明pr AaHSFA2a只与AaHSFA1蛋白有相互作用,而pr AaHSFB1与AaHSFA1、AaHSFA2a、AaHSP70蛋白均没有相互作用。
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