嗜盐曲霉抗逆相关基因的功能鉴定与应用研究

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本研究以一株嗜盐曲霉菌株CCHA为试材,对其生物学特征进行了分析;采用Gateway技术构建了曲霉CCHA菌株的全长cDNA表达文库,通过在酵母细胞中筛选表达文库获得一系列抗逆相关基因;选择抗逆性较强的两个候选基因,通过遗传转化,对其生物功能和抗性机制进行了较深入探索。本研究为解析耐盐机制提供了理论支撑,同时也为植物抗逆基因工程提供基因资源。主要研究结果如下:1.嗜盐曲霉的分离、鉴定及主要生物学特性分析。从晒盐场盐池周边的风干野生植被表面分离筛选到1株嗜盐菌株,通过形态观察结合ITS序列分析对菌株进行鉴定,并对其生物学特性、耐盐性及金属耐受性进行分析。研究结果表明:菌株CCHA的ITS序列与21株己报道的曲霉属菌株同源性为55.9%~100%,结合形态学特征,该菌株初步鉴定为Aspergillus glaucus;其具有极强的耐盐性,生长盐度范围为0~31%,生长温度和pH值范围广泛;对Cu2+有较强的耐受性。推断该菌株可能具有特殊的耐盐机制。2.嗜盐曲霉cDNA文库的构建。采用Gateway技术构建其cDNA文库,经鉴定酵母表达文库的总克隆数为1.28×107,重组率为93%,插入片段长度平均长度大于1000bp。该文库库容量可覆盖曲霉整个基因组,插入片段的长度及重组率可满足进一步研究的要求。3.抗逆相关基因的筛选。将嗜盐曲霉cDNA文库菌质粒转化酵母细胞,将酵母转化子在逐渐增加浓度的盐板上(分别含10%,12%和15%NaCl)筛选,共获得19个耐盐转化子。选择其中两个抗性比较强的进行进一步功能鉴定及应用研究。对2个耐盐转化子中的插入序列进行分析表明,其中一个具有MIP蛋白家族成员典型的6个跨膜结构域及两个保守的NPA模序。与赤曲霉(A.ruber)GlpF基因氨基酸同源性高达94%,与其它曲霉属GlpF基因氨基酸同源性均大于76%,属水甘油通道蛋白基因,命名为AgGlpF(在GenBank中注册,登录号AHZ59733),另外1个序列中含有60S核糖体蛋白基因RPL44的开放阅读框,命名为AgRPL44(在GenBank中注册,登录号AHZ59732)。4. AgGlpF基因的功能鉴定及调控机制的探索。(1)在酵母细胞中进行AgGlpF基因抗逆功能分析。结果表明与转空载(pYES2)酵母细胞相比,转pYES2-AgGlpF的酵母细胞,表现出明显的抗盐性、抗旱性及抗金属离子的特性,表明AgGlpF基因可能参与渗透胁迫反应。(2)通过BlastP比对,检索到粗糙脉胞菌中AgGlpF基因的同源基因NcAQP。利用该基因的突变株Δaqp,分别构建互补表达载体pSur-AgGlpF及pSur-NcAQP,进一步转化脉孢菌突变株Δaqp,探索AgGlpF基因的调控机制。AgGlpF和NcAQP互补菌株与突变株对比,具有更显著的抗盐性;进一步分析在不同盐胁迫条件下,AgGlpF和NcAQP互补菌株与野生型菌株及突变株中胞内甘油含量,结果表明在相同的渗透胁迫下,AgGlpF互补菌株胞内甘油含量显著高于其他3个菌株的甘油含量,推断其抗逆性与胞内甘油的积累有关;另外对高盐胁迫下甘油代谢相关基因进行了表达分析,推测AgGlpF基因可能参与高渗胁迫调节。(3)构建AgGlpF基因的植物超量表达载体pGFPGUSPlus-AgGlpF,利用花序浸蘸法对拟南芥进行遗传转化。对转基因植株进行高盐、干旱胁迫处理,通过比较转AgGlpF基因的拟南芥与野生型拟南芥种子萌发率、根长和存活率,分析AgGlpF基因的超量表达对拟南芥抗逆性的影响。结果表明AgGlpF基因可显著提高拟南芥植株对高盐和干旱的胁迫耐性。5. AgRPL44新功能的挖掘。在验证了AgRPL44基因的抗逆功能的基础上,进一步研究其在稻瘟菌中的抗逆功能,转AgRPL44基因稻瘟菌具有显著的抗盐性,具有潜在的应用价值,可能为稻瘟菌突变体库的筛选提供一种方便可行且安全的筛选标记。同时AgRPL44基因的超量表达可明显提高烟草幼苗的抗盐性,对于抗逆农作物新品种的选育具有重要的应用价值。
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