莲藕NnDREB2A克隆、表达分析和功能验证

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莲藕(Nelumbo nucifera Gaertn.)是睡莲科莲属多年生水生草本植物,原产中国和印度,是我国栽培面积最大的水生蔬菜。莲藕产品藕、莲子等具有很好的营养、保健功能,深受消费者欢迎。近年来,设施土壤次生盐渍化及盐碱化土壤面积逐年增加,影响土壤的高效利用。DREB (Dehydration Responsive Element Binding Protein)是植物逆境胁迫响应因子,通过激活与耐(抗)盐相关基因的表达,提高植物的耐(抗)盐性。本研究在莲藕资源耐盐性评价基础上,在耐盐莲藕资源中克隆DREB,并对该基因表达特征及功能进行分析。1、莲藕资源耐盐性评价利用0.6% NaCl溶液处理7份莲藕资源,莲藕资源的盐害指数、叶绿素含量、丙二醛含量、抗氧化酶活性及根系活力等差异较大,其中H8叶片细胞膜透性最低,而H5受盐害后根系活力最高和叶片盐害指数最低,并与其他资源差异显著。采用加权隶属函数法综合评价莲藕资源耐盐性强弱依次为:H5>H8>E2>E4>E1>E3>H2。2、莲藕NnDREB2A基因克隆与分析采用PCR-RACE技术,克隆得到莲藕H5 DREB基因全长为1 146 bp的cDNA序列,包含63 bp的5’端非编码区、162 bp的3’端非编码区和921 bp的完整开放阅读框,编码306个氨基酸,该蛋白质分子量为34.75 kD,等电点为5.70。莲藕DREB2基因组DNA全长1 548 bp,含2个外显子和1个内含子。该基因核苷酸序列与莲藕(sacred lotus) DREB2A (XM010255824.1)。拟南芥DREB2A(NM 120623.2)、马铃薯DREB2A (XM006353357.1)的相似性分别为96%、78%、73%。暂命名该基因为NnDREB2A。3、莲藕NnDREB2A的表达分析利用半定量RT-PCR技术,以β-actin为内参,研究了NnDREB2A的表达特性,结果表明:经0.6% NaCl溶液处理后,NnDREB2A在叶、叶柄、地下茎和顶芽中表达量均增加;处理后3 h,地下茎和顶芽中表达量达最高,处理后18 h在叶柄和叶片表达量最高;100μmol/L ABA处理后12 h,顶芽中表达量最高;4℃低温和300 mM甘露醇处理不能诱导NnDREB2A在顶芽中表达。4、莲藕NnDREB2A功能的初步验证成功构建NnDREB2A表达载体pSN1301-NnDREB2A。浸染拟南芥花蕾,得到PC43、PC44、PC48三个转基因阳性株系。对转基因拟南芥与野生型拟南芥进行盐、干旱、低温和淹水胁迫处理后发现,在含200 mM NaCl的MS培养基上,PC43、PC44、PC48萌发率分别72%、72%、60%,而野生型拟南芥的萌发率为20%;PC43、PC44和PC48播种在含有100 mM NaCl的培养基上,20 d后平均根长分别为4.64、6.54和6.01 cm,而野生型植株平均根长为3.88 cm;利用250 mM NaCl溶液处理转基因和野生型拟南芥幼苗,10d后发现PC43、PC44、PC45存活率分别为57%、39%和62%,野生型植株存活率仅为12%。上述结果表明转入NnDREB2A后提高了拟南芥的耐盐能力。在含300 mM甘露醇的MS培养基上,野生型植株根长明显长于转基因植株;同时干旱处理2周后,野生型植株的存活率比转基因拟南芥高2.7倍,表明转入NnDREB2A后降低了植株的耐干旱胁迫能力。-20℃处理15h和淹水处理5d后,野生型拟南芥存活率比转基因拟南芥分别高1.9和13.7倍,表明转NnDREB2A降低了植株的耐低温和耐淹水能力。另外,正常生长的转基因拟南芥中PIP1-2,PIP2-5和PIP2-7表达量增加,而COR47、 PIP1-4、PIP1-5和PIP2-2表达量降低,COR15、RD29A、RD29B、RD28、P5CS、ADH、 PDC1、PDC2、PIP1-3、PIP2-1、PIP2-3、PIP2-4、PIP2-4、PIP2-6和PIP2-8表达量没有变化。
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