青枯菌PopW蛋白诱导植物抗病功能研究及其转基因烟草的构建

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Harpin蛋白是由革兰氏阴性植物病原细菌Hrp(hrp,hypersensitive response and pathogenity)基因簇中hrp基因编码的、性质和功能相似的一类蛋白质,富含甘氨酸,缺少半胱氨酸,对蛋白酶敏感,对热稳定,大多对寄主植物具有毒性,导致寄主发病,能在非寄主植物上引起过敏反应(hypersensitive response,HR),增强植物抗旱性,诱导植物抗病、抗虫,还可以促进植物生长。
  popW是本实验室从青枯劳尔氏菌(Ralstonia solanacearum)ZJ3721中鉴定出的编码一种新的harpin蛋白大小为1142bp的基因,其编码的PopW蛋白是一种新的harpin蛋白,它同以前报道的harpin类物质具有相同的性质:酸性,富含甘氨酸和丝氨酸,缺少半胱氨酸并且是一种耐热蛋白。通过对PopW蛋白原核表达条件的优化发现:随着IPTG浓度的增加,诱导表达的蛋白含量也会随之增加,当IPTG的浓度为0.03mM,诱导表达的蛋白含量最高,若继续增加IPTG的浓度,蛋白的表达量反而下降。但鉴于成本因素,而且0.01mM的诱导效果与0.03mM并无显著差异,因此在后续试验中均采用0.01mM作为IPTG诱导浓度。
  有研究表明PopW能够诱导植物产生系统抗性,并且该抗性属于水杨酸介导的SARa本文用不同浓度的PopW蛋白喷雾处理烟草,24h后接种烟草花叶病毒(Tobacco Mosiac Virus,TMV),结果显示PopW处理叶片上的枯斑数目显著少于对照叶片。2.5mg/L、25mg/L、250mg/L的PopW蛋白均有较好的诱抗效果,其诱导烟草抗TMV的效果分别达到36.24%、64.53%、85.39%,并且随浓度增加,叶片上枯斑数逐渐减少。同时浓度为2.5mg/L的PopW蛋白的持效性至少达8天。此外,在田间试验中发现浓度为2.5mg/L的PopW蛋白对番茄叶霉病和水稻稻曲病的防效分别为80.19%和86.84%,它除了具有诱导抗病性外还可以促进植物生长,提高作物的产量的作用。用PopW蛋白处理的辣椒,其产量为999.8kg/亩,较对照产量增加16.89%。
  鉴于PopW蛋白的诱导抗病性功能,我们构建了popW的转基因烟草,以进一步研究其在烟草中的表达及抗病性植物效应。从青枯劳尔氏菌(Ralstonia solanacearum)ZJ3721中克隆popW基因,连接到用BamHⅠ和XbaⅠ双酶切后的转基因表达载体pBI121上,构建成重组转基因载体pBI121-popW。重组载体转化至大肠杆菌TOP10中,经测序验证后,通过冻融法将重组载体转化根癌土壤杆菌EHA105。经PCR和酶切验证后,挑选阳性克隆供转化烟草使用。
  利用叶盘法转化烟草(Nicotiana tabacum.cv.Xanthi NN),用卡那霉素抗性筛选再生植株。PCR扩增检测转基因烟草中的靶基因序列popW及35S启动子序列,结果显示外源基因已经整合到烟草基因组中,得到T0代转基因烟草,利用RT-PCR检测到popW在转基因烟草中能正常表达。
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