拟南芥(Arabidopsis thaliana L.)谷氨酰胺合成酶GS1.2和GS1.4基因功能的比较研究

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谷氨酰胺合成酶(Glutamine synthetase,GS)是参与第一步将氨催化同化成有机氮的关键酶,推测植物中的GS能够通过同化铵离子,从而缓解盐胁迫导致的氨毒害作用,因此本论文以模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)的GS基因作为研究对象,对GS1.2、GS1.4基因在表达特性、对盐胁迫的响应进行分析,试图揭示GS1.2、GS1.4在拟南芥受盐逆境胁迫时起到的抗逆作用。  首先,通过半定量和Northern blot的手段,对GS1.2和GS1.4的表达进行比较分析。①对野生型拟南芥植株的研究结果表明,GS1.2和GS1.4在干种子中都不表达,GS1.2在苗期表达量大于萌发时期表达量,而GS1.4在萌发期的表达量大于苗期表达量,GS1.2主要在根和花中大量表达,GS1.4主要在根和成熟叶片中表达;②不同非生物环境胁迫下的分析结果显示,GS1.2和GS1.4在种子萌发期和幼苗期对盐胁迫都存在应答关系,均呈上调表达,推测GS1.2和GS1.4为盐逆境胁迫相关基因,两周苗期,CdCl2胁迫处理时,GS1.2和GS1.4均呈明显的上调表达;③不同氮源处理条件下的分析结果显示,KNO3和尿素作为氮源时,GS1.2和GS1.4也表现为上调表达,NH4Cl处理时,GS1.2表现为下调表达,而GS1.4无明显应答。综上所述,GS1.2和GS1.4具有显著的时空表达特异性,这两个基因的表达都和环境胁迫,氮素条件相关,但是表达的模式有一定的区别。  其次,通过花序侵染法构建了拟南芥GS1.2和GS1.4基因的过表达植株,筛选繁殖获得T3代纯合株系,并通过Northern blot和Southern blot的方法进行鉴定,各获得三个独立株系。野生型和GS1.2和GS1.4过表达植株在盐胁迫处理下的研究结果显示,GS1.2和GS1.4过表达植株的长势均优于野生型,且盐胁迫处理下过表达植株根长略长于野生型,GS1.2和GS1.4的过量表达均使种子在盐胁迫下的萌发率有所提高,因此推断GS1.2和GS1.4基因的过量表达可以提高拟南芥植株对盐逆境胁迫的耐受性。  综上所述,GS1.2和GS1.4具有显著的时空表达特异性,且对不同非生物环境胁迫和氮源有响应,GS1.2和GS1.4基因的过量表达可以提高拟南芥植株对盐逆境胁迫的抗性。
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