芍药PlWRKY18和PlWRKY41基因的克隆及功能鉴定

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芍药(Paeonia lactiflora Pall.)为芍药科芍药属多年生草本植物,是中国的传统名花,被誉为“花中之相”,广泛应用于园林中。在漫长的进化过程中,芍药为适应外界不利条件的变化,形成了冬季休眠的特性。目前,关于芍药休眠解除的内在机理还很不明确。前人研究结果表明,WRKY转录因子在植物的逆境胁迫、生长发育等方面扮演着重要角色,并且可能调控植物休眠。目前为止,关于WRKY转录因子在芍药休眠中的功能研究尚未见报道。本实验室前期曾获得芍药休眠解除前后的转录组数据,本研究从中筛选出2个变化倍数为10倍以上的WRKY转录因子(PlWRKY18、PlWRKY41),对其功能进行了鉴定。首先用荧光定量PCR技术检测PlWRKY18、PlWRKY41基因在休眠解除进程中的表达水平;然后,以芍药‘大富贵’为试验材料,利用RT-PCR技术从芍药芽中成功分离获得PlWRKY18、PlWRKY41基因的ORF全长序列,并采用生物信息学分析的方法对这2个基因进行了全面的鉴定与分析;在此基础上,利用转基因技术将这2个基因转化拟南芥,并利用病毒介导的基因沉默(VIGS)技术进行芍药的遗传转化,探索了这2个基因关于休眠解除、萌发及生长发育相关方面的功能。此外,还利用荧光定量PCR方法对这2个基因在非生物胁迫下的表达模式进行了检测。获得的主要研究结果如下:(1)在为解除芍药休眠而进行的35 d低温处理进程中,芍药PlWRKY18呈上调表达,而PlWRKY41呈下调表达。(2)芍药PlWRKY18基因(Gen Bank登录号为MG736922),全长765 bp,编码254个氨基酸,属于WRKY家族的Group IIa族;芍药PlWRKY41基因(Gen Bank登录号为MG736921),全长1056 bp,编码351个氨基酸,属于WRKY家族的Group III族。(3)构建过表达载体,遗传转化拟南芥发现:PlWRKY18转基因拟南芥种子的初始萌发时间比野生型提早12 h,而PlWRKY41转基因拟南芥比野生型晚7 h。PlWRKY18转基因拟南芥比野生型抽薹早4-5 d,而PlWRKY41转基因拟南芥比野生型抽薹晚1-2 d。(4)在转基因拟南芥中对赤霉素信号转导途径中8个相关基因进行荧光定量PCR,结果表明,PlWRKY18转基因拟南芥中GID1B、GID1C基因上调表达且显著高于野生型,GAI、RGL1、RGL2和RGL3基因下调表达且显著低于野生型,SLY1、RGA基因变化不显著;PlWRKY41转基因拟南芥中,GID1B、GID1C的呈显著下调表达现象,RGA、GAI、RGL3基因呈上调表达现象,但SLY1呈现出显著的上调表达现象,RGL1、RGL2呈现出显著下调表达现象。(5)构建了烟草脆裂病毒(TRV)介导的基因沉默载体,在芍药‘大富贵’芽中分别沉默两个基因后发现:PlWRKY18基因沉默植株的萌发晚于对照组10-16 d,而PlWRKY41基因沉默植株的萌发早于对照组4-10 d。以上说明,PlWRKY18转录因子是芍药芽休眠解除及萌发的正调节因子,而PlWRKY41转录因子是芍药芽休眠解除及萌发的负调节因子。(6)构建了酵母诱饵载体p GBKT7-PlWRKY18、p GBKT7-PlWRKY41,毒性和自激活活性验证表明:p GBKT7-PlWRKY18、p GBKT7-PlWRKY41均无毒性;p GBKT7-PlWRKY18存在自激活活性,不可直接用于下一步的点对点验证,而p GBKT7-PlWRKY41可用于下一步的点对点验证。(7)构建了p GADT7-PlWRKY13、p GADT7-PlWRKY18、p GADT7-PlWRKY40、p GADT7-PlWRKY50酵母猎物载体,用于与p GBKT7-PlWRKY41进行下一步酵母双杂交试验的点对点验证,以期找到PlWRKY41在芍药休眠解除进程中的互作蛋白。(8)运用荧光定量PCR分析PlWRKY18及PlWRKY41基因在非生物胁迫中的表达水平发现,PlWRKY18基因受低温、高温、水涝胁迫诱导呈上调表达趋势,受盐胁迫诱导呈下调表达趋势;而PlWRKY41基因受低温、盐胁迫、水涝胁迫诱导呈上调表达趋势,受高温胁迫诱导呈下调表达趋势。
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