茶树SnRK2家族基因的鉴定及CsSnRK2.5的功能研究

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茶树[Camellia sinensis(L.)O.Kuntze]起源于我国西南地区,是我国重要的经济作物之一,喜好在湿润、温和的酸性环境中生长。近年来,极端天气频发,“倒春寒”、持续干旱、高温等不利条件严重影响了茶树的正常生长和代谢,降低了茶叶的品质,因此培育抗逆茶树品种是当前茶树育种的主要目标之一,然而,茶树抗逆机制的研究还处于起步阶段,鉴定的抗逆相关基因还很有限。植物中蔗糖非酵解I型相关激酶2(Sucrose non-fermenting 1-related protein kinases 2;SnRK2)与植物非生物胁迫响应及ABA信号转导密切相关。本研究基于全基因组水平对茶树中的SnRK2成员进行了鉴定,分析了它们在组织发育、ABA信号以及渗透胁迫中的表达模式,对其编码的蛋白进行了亚细胞定位分析,还将CsSnRK2.5在拟南芥中进行过表达,初步探究了其在干旱胁迫下的功能。取得的主要结果如下:1.利用茶树基因组数据库,鉴定出了8个茶树SnRK2基因,依次命名为CsSnRK2.1-CsSnRK2.8。基因结构分析表明,茶树SnRK2s具有较为保守的基因结构,所有成员均含有9个外显子;根据系统进化关系,CsSnRK2s可划分为3组;蛋白理化性质分析表明,茶树中SnRK2成员均为亲水蛋白,相对分子质量都在40kDa左右。2.CsSnRK2s在根、茎、叶、花等组织中具有不同的表达模式,CsSnRK2.2在根中表达量较高,CsSnRK2.5/6在茎中的表达量较高,CsSnRK2.1/8在叶中表达量较高,CsSnRK2.3/4/7在花中的表达量较高。3.茶树SnRK2不同程度地被ABA、PEG和NaCl诱导表达。ABA处理后,第三亚家族成员以及第二亚家族部分成员的表达被诱导,这与其他植物种的研究结果相同,然而,不同的是,第一亚家族成员CsSnRK2.1也响应了ABA信号;PEG模拟干旱胁迫下,所有茶树SnRK2均不同程度的被诱导表达,其中,CsSnRK2.7受PEG诱导最强烈;NaCl胁迫下,除CsSnRK2.7和CsSnRK2.8表达量变化不明显外,其他CsSnRK2s均被上调表达。4.采用农杆菌侵染洋葱表皮的方法研究了茶树SnRK2蛋白激酶的亚细胞定位,结果表明,CsSnRK2.3主要定位于细胞质,而其余CsSnRK2s在细胞核与细胞质均有表达。5.克隆了茶树CsSnRK2.5,将其在Col-0野生型拟南芥中过表达后,提高了拟南芥的抗旱能力。主要表现为:干旱胁迫下,转基因拟南芥植株的萎蔫程度,体内超氧阴离子的积累量以及丙二醛含量均明显低于野生型;转基因拟南芥离体叶片的失水速率明显低于野生型,具有更强的保水能力。综上所述,本研究为通过对茶树SnRK2家族基因的鉴定为茶树抗逆基因的挖掘奠定了一定基础,并且初步探究了CsSnRK2.5在干旱胁迫下的功能,为茶树抗旱机制的研究提供了新的视角,有利于进一步阐明茶树的抗旱机制。
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