【摘要】：在酸性土壤中,鋁(Al)毒害嚴重限制作物產量。當pH值低于5時,土壤中的Al由固相溶出,以3價Al離子(Al~(3+))的形態(tài)存在于根際土壤溶液中。土壤溶液中極微量的Al~(3+)即可在較短時間內影響植物根系的伸長,從而影響植物正常的生理代謝。研究發(fā)現(xiàn),Al誘導植物根尖胼胝質積累不僅是Al毒害指標,亦是一種Al毒害機制。胼胝質的降解受β-1,3-葡聚糖酶催化調控。SbGlu1基因編碼甜高粱β-1,3-葡聚糖酶I,在甜高粱耐Al機制中發(fā)揮重要作用,但其調控機制尚不清楚。擬南芥AtSTOP1和水稻OsART1為兩個鋅指轉錄因子,可以分別調控擬南芥和水稻中多個Al響應相關基因的表達,在提高擬南芥和水稻耐Al性中發(fā)揮至關重要的作用。它們在甜高粱中的同源蛋白SbSTOP1已經被鑒定并進行了功能驗證。本試驗以甜高粱(Sorghum bicolor L.,品種名:POTCHETSTRM,POT)及擬南芥(Arabidopsis thaliana)為材料,通過轉錄調控以及轉基因擬南芥中β-1,3-葡聚糖酶的表達模式分析、胼胝質含量測定等實驗,發(fā)現(xiàn)甜高粱SbSTOP1可能通過結合SbGlu1啟動子上的特定區(qū)域,調控SbGlu1的表達,促進β-1,3-葡聚糖酶催化胼胝質降解,從而提高植物耐Al性。具體結果如下。1.將SbSTOP1效應載體和pSbGlu1報告載體共轉人胚腎細胞HEK293T以及擬南芥原生質體,通過檢測熒光素酶活性,證明SbSTOP1可以調控SbGlu1的表達。2.通過擬南芥原生質體雙熒光表達系統(tǒng)進行的轉錄調控分析表明,SbSTOP1可以與SbGlu1啟動子中2段20 bp的DNA序列相互作用,但卻不包含已報道的OsART1結合的順式作用元件,說明甜高粱SbSTOP1存在不同于水稻OsART1的轉錄調控機制。同時,以上述2段DNA序列為探針,利用GST-SbSTOP1~(DD)蛋白分別與2個20 bp探針進行凝膠遷移阻滯實驗,結果表明,該2段20 bp DNA序列可與SbSTOP1蛋白直接相互作用,并具有特異性。3.用SbGlu1的氨基酸序列進行BLAST分析,得到擬南芥中SbGlu1的同源蛋白AtBG3。利用實時熒光定量PCR的表達模式分析表明,AtBG3在擬南芥SbSTOP1轉基因恢復株系中的表達量顯著高于Atstop1突變體,說明SbSTOP1可調控擬南芥AtBG3的表達,且SbSTOP1轉基因擬南芥恢復株系根系胼胝質含量顯著低于Atstop1突變體,說明異源表達SbSTOP1可降低轉基因恢復株系根系胼胝質的累積。因此,推測SbSTOP1可能通過調控SbGlu1的表達,促進β-1,3-葡聚糖酶催化胼胝質降解,進而提高轉基因植株的耐Al性。
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：S566.5
【圖文】：

圖 1.1 Al 毒害對小麥根系的影響（Delhaize 和 Ryan，1995）Fig.1.1 Effect of aluminum toxicity to root of wheat (Delhaize and Ryan, 1995)Al 毒害可作用于根系細胞多個位點，對植物造成毒害作用。細胞壁作為植物抵御外界環(huán)境的第一道屏障，是 Al 毒害作用的最初部位。Al 結合于根尖細胞壁，改變細胞壁的屬性，影響多種調控細胞壁代謝基因的表達和酶的合成，從而影響植物根系生長（Ma, 2007）。同時，根尖細胞壁上 Al 的沉積量也可以作為衡量植物耐 Al 性的指標之一。（Kochian, 1995；Sivaguru 和 Horst, 1998；馮英明，2005）。其次，Al 毒害會影響細胞質膜。植物細胞感受 Al 毒害的第一層蛋白靶位點位于質膜。Al 可與質膜上的磷脂結合，改變膜表面蛋白的性質，影響質膜的流動性，進而影響質膜的結構和離子通道的活性，使質膜僵化，無法正常行使其功

第 1 章 緒論錄因子 STOP1 與 β-1,3-葡聚糖酶基因研究進展錄因子 STOP1 研究進展因子承擔著信號接收與傳遞的核心作用，目前在植物中已鑒定出相關的轉錄因子，其中鋅指轉錄因子 STOP1 （ Sensitive to icity1）在植物響應 Al 脅迫過程中發(fā)揮關鍵作用（Sawaki 等，2hi 等于 2007 年首次鑒定出了擬南芥轉錄因子 STOP1（AtSTOP1）析。該蛋白是一個 C2H2型鋅指轉錄因子，由 499 個氨基酸組成的鋅指結構域。目前在麥冬、煙草、黑楊、茶樹、水稻及小立碗發(fā)現(xiàn)的 STOP1 同源蛋白均具有這 4 個鋅指結構域（Ohyama 等，）。

1.3 Al 及低 pH 脅迫下擬南芥 stop1 突變體中明顯下調的基（Sawaki 等，2009）he number of the downregulated genes in Atstop1 mutant under ApH stress (Sawaki et al., 2009)因子 ART1 （aluminum resistance transcription factor 1） 在水稻中的同源蛋白，其基因表達模式與 AtSTOP1 相似，主錄水平表達不受 Al 誘導，屬于組成型表達。區(qū)別于 AtSTOP1調控耐 Al 基因，但不調控低 pH 響應基因的表達（Yamaji 等可以調控 31 個與 Al 脅迫相關基因的表達，這些基因在植物關鍵作用。Tsutsui 等通過凝膠遷移阻滯實驗，鑒定出 OsAR啟動子上結合的順式作用元件 GGN(T/g/a/C)V(C/A/g)S

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本文編號：2782094