【摘 要】
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萝卜(Raphanussativus L.)是原产于我国的重要根菜类蔬菜作物,因其营养丰富,并且具备一定的经济价值,深受人们喜爱并在亚洲乃至世界范围内广泛种植。萝卜是喜冷凉蔬菜作物,大多数品种适宜秋冬栽培,高温往往会影响萝卜夏秋季生产和供应。因此,阐明萝卜抗热性遗传生理机制,培育抗热优良品种已成为亟待解决的问题。研究发现,植物Annexin可以影响植物的正常生长发育,并参与植物整个生命周期,包括胚
【基金项目】
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国家重点研发计划项目课题(2017YFD0101803/06); 江苏省农业科技自主创新资金项目[CX(16)1012]; 江苏省重点研发计划项目(BE2016379);
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萝卜(Raphanussativus L.)是原产于我国的重要根菜类蔬菜作物,因其营养丰富,并且具备一定的经济价值,深受人们喜爱并在亚洲乃至世界范围内广泛种植。萝卜是喜冷凉蔬菜作物,大多数品种适宜秋冬栽培,高温往往会影响萝卜夏秋季生产和供应。因此,阐明萝卜抗热性遗传生理机制,培育抗热优良品种已成为亟待解决的问题。研究发现,植物Annexin可以影响植物的正常生长发育,并参与植物整个生命周期,包括胚胎的形成、种子的萌发、木栓形成和细胞周期等。与此同时,随着高通量测序技术不断发展以及植物基因组序列信息不断完善,越来越多的植物Annexin家族被分离鉴定出来。然而,关于萝卜Annexin基因家族的序列信息尚不明了。Annexin基因家族已在拟南芥、水稻和荷花中被证实可以在植物耐热进程中发挥重要作用,但萝卜Annexin基因家族的相关功能还未得到有效验证。本研究在全基因组水平上分离、鉴定出萝卜Annexin家族基因,运用RT-qPCR技术分析了 5种不同的非生物胁迫下的表达特性;利用农杆菌介导的浸花法在拟南芥中异源表达RsANN1a基因和特异沉默RsANN1a基因的amiR-RsANN1a,验证其生物学功能。主要研究结果如下:1.基于发表的萝卜基因组共鉴定到10个Annexin基因,RsANN家族蛋白含有4个典型的Annexin结构域,10个RsANN基因定位染色体R3-R8上。蛋白特征分析显示,RsANN蛋白氨基酸个数314-324个,相对分子质量(MW)的分布35.57-37.06kDa。不稳定系数(Ⅱ)平均值40.81(>40.00),大部分RsANN蛋白结构较为稳定。大多数RsANN蛋白含有大量脂肪氨基酸,所有RsANN蛋白均为亲水性蛋白。此外,RsANN蛋白还含有多个翻译后修饰位点。RNA-Seq数据分析结果表明,在萝卜不同的发育时期以及不同组织部位中有部分RsANN家族基因的表达具有明显的时空特异性。运用RT-qPCR技术分析不同处理后的萝卜叶片中RsANN家族基因的表达情况,结果显示,在高温(40℃)处理24h后,8个RsANN基因的表达均显著上调,特别是RsANN1a、RsANN2a和RsANN4a基因在高温处理后表现出大幅上调表达。使用PEG6000进行模拟干旱胁迫处理24h后发现,除了RsANN1a,其他RsANN基因表达量与对照相比呈显著上调。在盐胁迫处理24h后,5个RsANN基因表达量较对照相比发生了显著的上调。在喷施10mM H2O2溶液24h后全部10个RsANN基因均呈显著的上调表达。ABA处理24h后仅有RsANN4b和RsANN8基因表达量下调,其余8个基因均呈不同程度上调表达。推测RsANN基因在参与萝卜非生物胁迫应答过程中发挥了重要作用。2.以本实验室保存的萝卜高代自交系‘NAU-XBC’为试材,分离克隆出RsANN1a的cDNA序列,随后构建RsANN1a基因的过表达载体以及特异沉默萝卜RsANN1a基因的amiRNA载体,通过农杆菌介导法在拟南芥中异源表达。通过PCR对转基因植株进行分子水平的鉴定,结果显示RsANN1a和amiR-RsANN1a已成功转入拟南芥中。将7d苗龄的野生型拟南芥、RsANN1a和amiR-RsANN1a转基因植株放置在45℃条件下处理2h,随后转入正常条件下恢复生长3-4d。统计各株系存活率发现,WT、RsANN1a和amiR-RsANN1a转基因株系的存活率分别为61.1%、88.9%和33.3%,表明RsANN1a基因能够在响应热胁迫中起到至关重要的作用。以上研究结果初步证实了RsANN1a基因在响应热胁迫中发挥的重要作用,为深入解析RsANN1a基因在萝卜热胁迫响应分子机制中的生物学功能提供了理论基础。
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