胡杨BR信号通路中转录因子PeBZR1/PeBES1基因功能研究

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BR(Brassinosteroid)作为植物生长的必需激素,在调控植物的生长、发育和保护植物免受环境胁迫方面具有非常重要的作用,如促进细胞伸长和分裂,提高花粉育性,调节细胞壁结构和增强抗逆性等。目前BR信号转导的研究主要集中于拟南芥、水稻、番茄等一年生草本植物,对于广泛存在于自然界的木本植物,其BR信号转导过程中的关键基因功能鲜有研究。本研究主要对胡杨(P.euphratica) BR信号通路中转录因子PeBZR1/PeBES1基因的功能进行了初步探究,以期初步阐明PeBZR1/PeBES1基因在抗逆能力方面的作用,同时也为利用PeBZR1/PeBES1基因进行改良林木和农作物提供一定的理论基础,研究结果如下:  (1)通过对干旱、盐和铜胁迫下胡杨和俄罗斯杨BZR1/BES1基因表达模式的分析发现,三种胁迫都能影响BZR1/BES1基因的表达,两个树种之间差异较大;在盐胁迫下,胡杨的BZR1/BES1的表达量保持相对稳定,俄罗斯杨表达量逐渐升高后降低。通过对组织表达差异分析发现BZR1/BES1基因在根茎叶中均有表达,BZR1基因在胡杨的根茎叶中表达量差异小,俄罗斯杨根中最少,叶片其次,茎中最多,BES1基因在胡杨中变化较小,俄罗斯杨的叶片中表达量显著高于其他组织。  (2)通过生物信息学预测PeBZR1/PeBES1基因编码蛋白的各种理化性质,构建了BZR1/BES1基因的系统进化树,并通过烟草原生质体观察两个转录因子的亚细胞定位,发现两个都在细胞核内表达;分析了PeBZR1/PeBES1启动子的功能元件,而且从胡杨中克隆出PeBZR1/PeBES1基因,并通过overlapping PCR得到了两个基因的功能获得型Pebzr1-1D和Pebes1-1D载体。  (3)将过表达载体35S∷PeBZR1和35S∷PeBES1转入烟草,通过对不同浓度盐胁迫下的生理生化指标分析发现:在盐胁迫下,与对照相比过表达的转基因烟草株系都显著提高了烟草的SOD、POD和CAT酶的活性,不同盐浓度下程度不同,各转基因株系之间也存在差异;渗透调节物质脯氨酸和可溶性糖的含量也变化显著,PeBZR1转基因株系明显高于PeBES1;与对照相比转PeBZR1/PeBES1基因株系的过氧化氢含量降低,可溶性蛋白含量升高;MDA含量也有降低的趋势;而NtNHX1和NtHAK1基因的表达量在不同浓度盐胁迫下差异显著,转基因株系的表达量显著高于对照,说明PeBZR1/PeBES1转录因子上调了这两个耐盐基因的表达,以上说明了转PeBZR1/PeBES1基因的烟草耐盐性明显高于对照,促进了烟草在盐胁迫下的正常生长,转基因种子的在不同胁迫下的萌发实验也验证了转基因种子能够提高胁迫条件下的萌发率、根长及α—淀粉酶活力。
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