【摘要】：木薯(Manihot esculenta Crantz)是一種重要的熱帶塊根類作物,具有高光合效率、抗旱、耐貧瘠等特點,是熱帶及亞熱帶干旱貧瘠地區(qū)主要的糧食作物。氣孔是調(diào)節(jié)植物與外界進行氣體和水分交換的重要結(jié)構(gòu),是影響植物耐旱性的主要因素之一。為了研究氣孔密度及氣孔調(diào)節(jié)與木薯抗旱性的關(guān)系。我們在干旱脅迫條件下對92個木薯栽培品種的氣孔密度進行了統(tǒng)計分析,隨后選擇了 6個具有典型氣孔密度的栽培品種做進一步的生理生化指標的測定,以期探索木薯光合效率、耐旱性與其氣孔密度的相關(guān)性。同時,我們發(fā)現(xiàn)MeMYB2-RNAi轉(zhuǎn)基因木薯的氣孔密度明顯比非轉(zhuǎn)基因植株大,其光合速率也明顯高于非轉(zhuǎn)基因植株、但耐旱性也明顯提高。在多個栽培品種以及MeMYB2-RNAi轉(zhuǎn)基因木薯中的研究結(jié)果表明木薯氣孔密度與抗旱性沒有相關(guān)性。我們推測木薯在遭受干旱脅迫時很可能是通過快速關(guān)閉氣孔的方式來減少自身水分的流失,以此避過干旱期。這種高氣孔密度、快速關(guān)閉氣孔的調(diào)控機制既能滿足木薯作為熱帶作物高光效的需求,又能保證其耐旱性。植物在受到干旱脅迫時會產(chǎn)生激素脫落酸(ABA),并以此促使活性氧(ROS)的產(chǎn)生,從而關(guān)閉氣孔,以降低葉片水分的蒸發(fā),保護植物渡過干旱期。但這一過程中產(chǎn)生的大量ROS會破壞細胞內(nèi)的氧化還原平衡,對植物體造成傷害。谷胱甘肽/谷氧還蛋白系統(tǒng)是植物體內(nèi)一類重要的蛋白氧化還原系統(tǒng),通過調(diào)控蛋白的氧化還原狀態(tài)參與到植物的ROS信號傳遞途徑中。CC類谷氧還蛋白(CC-type Glutaredoxins)是高等植物中所特有的一類谷氧還蛋白,能在植物遭受氧化脅迫時有效保護植物細胞免受氧化性損傷。本研究對木薯中多個CC-type GRX基因進行差異表達分析,發(fā)現(xiàn)木薯中有多個CC-type GRX基因在葉片中的表達受干旱脅迫的誘導。本課題組已針對木薯CC-type GRX參與ABA對氣孔的調(diào)節(jié)過程做了相關(guān)研究,發(fā)現(xiàn)在過表達MeGRX232的轉(zhuǎn)基因擬南芥中,ABA誘導氣孔關(guān)閉的能力明顯削弱,轉(zhuǎn)基因擬南芥對干旱脅迫的耐受性降低。CC類谷氧還蛋白可以與TGA類轉(zhuǎn)錄因子互作,從而調(diào)控下游一系列基因的表達。為了進一步探究木薯中CC-type GRX的互作蛋白,我們通過酵母雙雜實驗篩選可以與木薯CC類谷氧還蛋白MeGRX058、MeGRX785互作的TGA因子,結(jié)果發(fā)現(xiàn)MeGRX058和MeTGA304能夠相互作用。為進一步驗證其與TGA轉(zhuǎn)錄因子的相互作用,我們選擇了其中的MeGRX058兄和MeGRX785這兩個基因作進一步體外蛋白表達分析,以期為木薯GRX后續(xù)功能的研究奠定基礎(chǔ)。我們利用不同的標簽蛋白分別對MeGRX058和MeGRX785進行標記,并分別在酵母和轉(zhuǎn)基因植物中表達上述的兩個重組蛋白,并試圖通過標簽蛋白來純化重組蛋白。Western blot的結(jié)果表明兩個重組蛋白均可在酵母和轉(zhuǎn)基因植物中表達,但其表達產(chǎn)物被大量降解,我們推測MeGRX058和MeGRX785蛋白在體內(nèi)存在泛素化降解。
[Abstract]:Cassava (Manihot esculenta Crantz) is an important tropical root crop with the characteristics of high light efficiency drought resistance and poor tolerance. It is the main food crop in arid and arid areas of the tropics and subtropics. Stomata are important structures regulating the exchange of gas and water between plants and the outside world, and they are one of the main factors affecting plant drought tolerance. In order to study the relationship between stomatal density, stomatal regulation and cassava drought resistance. The stomatal density of 92 cassava cultivars was statistically analyzed under drought stress, and 6 cultivars with typical stomatal density were selected for further determination of physiological and biochemical indexes. In order to explore the correlation between photosynthetic efficiency, drought tolerance and stomatal density of cassava. At the same time, we found that the stomatal density of MeMYB2-RNAi transgenic cassava was significantly higher than that of non-transgenic plants, and its photosynthetic rate was significantly higher than that of non-transgenic plants. The results in several cultivars and MeMYB2-RNAi transgenic cassava showed that there was no correlation between stomatal density and drought resistance of cassava. We speculate that cassava may reduce its water loss by closing the stomata quickly in order to avoid drought. The regulation mechanism of high stomatal density and rapid stomatal closure can not only meet the needs of cassava as a tropical crop with high light efficiency, but also ensure its drought tolerance. Plant plants under drought stress will produce hormone abscisic acid (ABA), and thus promote the production of reactive oxygen (ROS), thus closing stomata, in order to reduce leaf water evaporation, protect plants through the drought period. However, a large amount of ROS produced in this process can destroy the redox balance in cells and cause damage to plant. Glutathione / glutathione system is an important protein redox system in plants. By regulating the redox state of proteins, the glutendoxin (CC-type Glutaredoxins) is a unique class of glutenin in higher plants, which is involved in the ROS signal transduction pathway of plants. It can effectively protect plant cells from oxidative damage under oxidative stress. In this study, the differential expression of multiple CC-type GRX genes in cassava was analyzed. It was found that the expression of multiple CC-type GRX genes in cassava leaves was induced by drought stress. Our team has done some research on cassava CC-type GRX involved in the regulation of stomata by ABA. It was found that the ability of CC-type GRX to induce stomatal closure was significantly weakened in transgenic Arabidopsis thaliana with overexpression of MeGRX232. The reduced tolerance of transgenic Arabidopsis thaliana to drought stress. CC glutendoxin can interact with TGA transcription factors to regulate the expression of a series of genes downstream. In order to further explore the interaction protein of CC-type GRX in cassava, we screened out the TGA factor which could interact with CC glutenin (MeGRX058) and MeGRX785 in cassava by yeast double cross experiment. The results showed that MeGRX058 and MeTGA304 could interact with each other. In order to further verify its interaction with TGA transcription factors, we selected two genes, brother MeGRX058 and MeGRX785, for further protein expression analysis in vitro, in order to lay a foundation for the further study of GRX function in cassava. We use different label proteins to label MeGRX058 and MeGRX785, and express these two recombinant proteins in yeast and transgenic plants, respectively. The results showed that the two recombinant proteins could be expressed in yeast and transgenic plants, but the expressed products were degraded in large quantities. We speculated that the MeGRX058 and MeGRX785 proteins were degraded by ubiquitin in vivo.
【學位授予單位】：海南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：S533

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本文編號：2176731