水分胁迫对苦荞次生代谢调控机制初步探究

来源 :西北农林科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chenman
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苦荞是具有良好抗逆性的药粮兼用作物,其含有丰富的高生物活性的黄酮类物质。在植物体内黄酮类次生代谢物具有清除自由基、提高过氧化物酶活性、抗氧化等重要的生理学功能。适度的干旱胁迫可以提高植物次生代谢物的合成。分析水分胁迫条件下苦荞黄酮类物质含量和组分的变化及其调控机制对于揭示苦荞的抗逆性与黄酮类物质累积的关系有重要价值,同时对于提高农产品的商品品质具有理论指导意义。本研究以九江苦荞为材料,分析水分胁迫条件下总黄酮含量的变化,并分析可能参与干旱条件下调节黄酮代谢的转录因子的基本特征。利用烟草和拟南芥过表达体系分析转录因子对次生代谢物累积的调控,并利用酵母双杂交技术分析与转录因子互作的蛋白,以期为解析水分胁迫调控苦荞次生代谢的机制奠定基础。取得如下结果:(1)通过盆栽称重法控制土壤含水量进行水分胁迫,在土壤相对含水量为田间持水量的30%-40%(重度干旱)条件下,苦荞叶片黄酮含量显著增加;转录因子FtbHLH1、Ft WRKY22和Ft WRKY53表达量与黄酮含量变化呈相近的变化趋势,这些转录因子很可能参与胁迫条件下苦荞次生代谢物累积的调控。(2)结合拟南芥转录因子数据库Plant TFDB以及苦荞转录组数据库进行下游调控基因的分析显示,FtbHLH1下游靶基因为黄酮代谢通路的查尔酮合成酶(Chalcone synthase,CHS)、透明种皮基因8(Transparent testa 8,TT8)、花青素合成酶(Anthocyanidin synthase,ANS)、黄酮醇合成酶(Flavonol synthase 1,FLS1)等,Ft WRKY22、Ft WRKY53下游调控基因为黄酮代谢通路的二氢黄酮醇还原酶(Dihydroflavonol reductase,DFR)、黄酮3-O-葡萄糖基转移酶(Flavonoid 3-O-glucosyltransferase,UFGT)。生物信息学分析表明FtbHLH1在进化上属于bHLH家族IIIf亚组,此亚组成员参与与其他调控因子形成转录激活复合物调控植物黄酮次生代谢途径。(3)实时定量分析显示甘露醇模拟渗透胁迫、Na Cl处理的盐胁迫及ABA、JA处理均使FtbHLH1表达上调,FtbHLH1可能是苦荞中一种广泛响应非生物胁迫的重要转录因子;ABA处理可以使Ft WRKY22和Ft WRKY53显著下调,JA处理可以使Ft WRKY22和Ft WRKY53上调,甘露醇、Na Cl处理可以使Ft WRKY22下调,使Ft WRKY53上调,Ft WRKY22和Ft WRKY53可能参与到JA介导的信号通路当中。(4)构建植物过表达载体p CAMBIA3301-FtbHLH1-e GFP、p CAMBIA3301-Ft WRKY22-e GFP、p CAMBIA3301-Ft WRKY53-e GFP重组质粒,转化农杆菌后采用浸花法获得FtbHLH1、Ft WRKY22过表达拟南芥T3代纯合株系,种子萌发实验、根系发育实验和黄酮代谢通路相关基因的表达分析表明FtbHLH1过表达株系在甘露醇处理下种子萌发率高于野生型植株,且根系伸长显著高于野生型植株,黄酮代谢通路相关基因表达显著上调。Ft WRKY22过表达株系在甘露醇处理下种子萌发率低于野生型植株,且根系伸长显著低于野生型植株,黄酮代谢通路相关基因表达显著上调。采用叶盘法获得Ft WRKY22、Ft WRKY53过表达烟草T1代植株,对T1代植株进行黄酮含量测定,结果表明Ft WRKY22过表达株系黄酮含量降低。(5)通过酵母双杂筛选出Ft WRKY22互作蛋白为Ft CSN5B,验证分析表明Ft WRKY22能与COP9信号体5B亚基(COP9-signalosome 5B,CSN5B)发生互作,且CSN5B能与维生素缺陷基因1(Vitamin C defective 1,VTC1),一种抗坏血酸As A合成途径中的关键酶发生互作。但通过双分子荧光互补验证表明Ft WRKY22与CSN5B不能发生互作,仅CSN5B与VTC1发生互作。
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