柽柳过氧化物酶基因的序列分析及功能验证

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植物遭受非生物胁迫后,活性氧将会大量产生,对植物产生毒害作用。为了清除活性氧植物形成了一些保护机制,主要包括2种:酶促脱毒机制和非酶促清除机制。过氧化物酶是植物酶促脱毒机制中的一种酶,该酶对H2O2的亲和力是过氧化氢酶的1000倍,在活性氧的清除中起着重要的作用。本研究通过柽柳过氧化物酶基因特定引物将该基因从柽柳根cDNA文库中分离出来,将其命名为ThPOD。本论文对ThPOD基因的表达调控及基因功能进行了初步研究,主要结论如下:1生物信息学分析表明,ThPOD属于植物第Ⅲ类过氧化物酶超家族成员之一,为典型的分泌型过氧化物酶。2柽柳ThPOD能够对盐、冷、重金属、干旱引起的氧化损伤而产生应答反应,并且其在根中的表达量明显高于叶中的表达量。此外,ABA能够诱导ThPOD基因在根和叶组织中大量表达,推测该基因为ABA依赖型。3ThPOD在大肠杆菌系统中实现了高效表达,并纯化出ThPOD融合蛋白,进而以其为抗原免疫大白兔,获得抗ThPOD的多克隆抗体。该抗体对柽柳过氧化物酶具有特异性反应,应用该抗体分析了在20%PEG和100μmol/L ABA条件下柽柳过氧化物酶基因表达情况。4根据ThPOD的蛋白质结构功能域,构建了两种短肽缺失克隆,即RG/pET32a-ThPOD(aa41-337)(编码植物过氧化物酶功能区)和RG/pET32a-ThPOD(aa73-337)(编码抗坏血酸过氧化物酶功能区),以及ThPOD全长cDNA的Rosetta gami重组菌。SDS-PAGE、Western blot分析表明,这些重组子表达的特异条带均为目的多肽。重组菌株在NaCl和PEG胁迫条件下的生长曲线和存活率分析表明,在NaCl和PEG胁迫条件下,这些重组蛋白及多肽均能提高大肠杆菌抵御非生物胁迫的能力,其中pET32a-ThPOD(aa73-337)重组蛋白赋予大肠杆菌抵御非生物胁迫的能力最强,RG/pET32a-ThPOD(aa73-337)菌株的存活率分别是对照RG/pET32a的2倍和10倍。5为了进一步验证ThPOD的功能,我们将该基因克隆至含CaMV 35S启动子控制的pROKⅡ植物表达载体。利用农杆菌介导法转化山新杨。共获得卡那霉素抗性株系17个,其中有14个株系经PcR验证为阳性。从14个株系中选择5个株系(TL1,TL3,TL5,TL8,TL12)做进一步的Southern及Northern检测,结果证明该基因已成功地整合到山新杨基因组中,并能转录出相应的产物。将转基因山新杨和非转基因对照植株分别接种到含有150 mmol/L和200 mmol/L NaCl的培养基中培养15 d后,过量表达ThPOD的转基因山新杨植株生长状态好于对照植株。转基因植株叶片抗氧化胁迫分析表明,0.8mol/L H2O2胁迫8 h后各转基因株系(除了TL3)叶绿素含量显著地高于非转基因对照植株叶绿素含量;各转基因株系(除了TL3)相对电导率显著低于非转基因对照植株的电导率。由此可见,氧化胁迫条件下,转基因山新杨受害程度明显小于对照,转基因山新杨中过量表达ThPOD在逆境条件下对光系统有保护作用,减轻膜脂过氧化程度,具有更高的抗氧化能力。
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