【摘 要】
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梭梭(Haloxylon ammodendron)为藜科旱生小乔木,能够适应极端高温及干旱等各种恶劣环境,对维持生态结构的稳定有重大作用。课题组前期从梭梭幼苗高温胁迫下的转录组分析中发现了分别注释为b ZIP60和Hsf A5的Unigene序列,并将其命名为HabZIP60和HaHsfA5。本研究从HabZIP60基因的克隆及其在胁迫响应中的功能分析、HaHsfA5基因在胁迫响应中的功能分析和启
【基金项目】
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国家自然科学基金项目“荒漠植物梭梭幼苗期高温胁迫记忆基因挖掘与功能分析”(项目编号:32060070)课题主持人:王波副教授(新疆农业大学);
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梭梭(Haloxylon ammodendron)为藜科旱生小乔木,能够适应极端高温及干旱等各种恶劣环境,对维持生态结构的稳定有重大作用。课题组前期从梭梭幼苗高温胁迫下的转录组分析中发现了分别注释为b ZIP60和Hsf A5的Unigene序列,并将其命名为HabZIP60和HaHsfA5。本研究从HabZIP60基因的克隆及其在胁迫响应中的功能分析、HaHsfA5基因在胁迫响应中的功能分析和启动子的克隆及功能分析三个方面展开研究,研究结果如下:(1)成功克隆HabZIP60基因,HabZIP60 m RNA在二硫苏糖醇(DTT)诱导下的剪切,存在未剪切(U)和剪切(S)两种形式,亚细胞定位结果表明,HabZIP60 U蛋白主要定位于内质网,HabZIP60 S蛋白主要定位于细胞核。对一月龄梭梭幼苗进行非生物胁迫,通过实时荧光定量技术分析发现HabZIP60的表达及其m RNA的剪切除受DTT、ABA、脱水及Na Cl胁迫诱导外,还具有高温胁迫记忆特征。推测HabZIP60在非生物胁迫引起的内质网应激响应中可能具有重要调控作用。转化拟南芥发现,过表达HabZIP60 U提高了拟南芥种子耐盐性和耐热性,但未发现有高温胁迫记忆特征。且未提高拟南芥种子对渗透胁迫和ABA的耐受力。HabZIP60 U过表达提高了拟南芥幼苗在二次高温胁迫后的存活率,提示HabZIP60 U参与幼苗期高温胁迫记忆。HabZIP60 U过表达降低了拟南芥幼苗对渗透胁迫的敏感性,但并未降低对盐的敏感性。正常生长条件下,HabZIP60 U的过表达对拟南芥种子的萌发率、莲座叶数目、株高并无明显影响。(2)构建HaHsfA5基因植物表达载体,转化模式植物拟南芥。过表达HaHsfA5对拟南芥种子萌发初期起正调控作用,增强了拟南芥种子对高温、盐、渗透胁迫的耐受性。HaHsfA5的过表达提高了幼苗期转基因株系在二次高温胁迫后的存活率,同时也提高了成苗期转基因拟南芥的耐热性,表明HaHsfA5对幼苗期和成苗期高温胁迫适应性起正向调控作用。此外,HaHsfA5的过表达降低了拟南芥幼苗对盐胁迫及ABA的敏感性,但并未降低拟南芥苗期对渗透处理的敏感性。正常生长条件下,HaHsfA5的过表达对拟南芥幼苗根长、成苗莲座叶数目、株高、失水情况并无明显影响。(3)利用染色体步移法成功克隆得到梭梭HabZIP60和HaHsfA5基因5’端上游的启动子序列,长度分别为1049 bp和887 bp,生物信息学预测分析发现,除含有基本启动子TATA-box和CAAT-box等特定核心元件外,还发现许多与逆境胁迫相关的顺式作用元件。构建融合GUS报告基因的载体p CAMBIA1304-HabZIP60::GUS和p CAMBIA1304-HaHsfA5::GUS,并将p CAMBIA1304-HabZIP60:GUS转化拟南芥,初步筛选得到T1代阳性植株。BSP法分析HabZIP60启动子DNA甲基化结果表明,高温胁迫锻炼降低了HabZIP60启动子在二次高温胁迫下的甲基化率,表明HabZIP60具有高温胁迫记忆基因表达特征。综上,b ZIP转录因子基因HabZIP60参与非生物胁迫引起的内质网应激反应,过表达改变了转基因拟南芥对高温、脱水、Na Cl等胁迫的响应特征,热激转录因子基因HaHsfA5过表达提高了转基因拟南芥对高温等非生物胁迫的耐受性,HabZIP60和HaHsfA5的启动子含有多种逆境胁迫响应顺式元件,以上结果表明HabZIP60和HaHsfA5是响应非生物胁迫的重要调控因子。
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