论文部分内容阅读
苹果是世界四大水果之一,具有重要的经济价值。黄土高原是我国最大的苹果产区,也是最优苹果产区,但该地区降水量较少,且年降水周期分布不均。因此,干旱已成为黄土高原地区苹果产业的发展重要制约因素。同时,该地区土壤贫瘠,过量氮肥投入,使肥料利用效率较低,对环境及人身健康造成一系列危害。本研究对苹果转录因子MdMYB88、MdMYB124和Md MYB3在干旱和低氮胁迫中的生物学功能进行了深入解析,探究了相关分子机制,主要结果如下:1.MdMYB88和MdMYB124调控干旱胁迫下NO3-的吸收和转运。用PEG模拟干旱胁迫处理野生型GL-3、MdMYB88和MdMYB124的转基因植株,并收集地上部、地下部、老叶和新叶进行NO3-浓度测定,结果表明:MdMYB88和MdMYB124可促进干旱胁迫下植株根系对NO3-吸收及从地上部到地下部、老叶到新叶的转运。通过对MdMYB88/124 RNAi干旱胁迫下转录组分析,发现MdMYB88和MdMYB124可以调控Md NRTs基因的表达。实时定量RT-q PCR结果显示:干旱胁迫下MdMYB88和MdMYB124可正调控Md NRT1.7、Md NRT1.8和Md NRT2.4,负调控Md NRT1.5。2.MdMYB88和MdMYB124调控低氮胁迫下NO3-的吸收和转运。对上述植物进行低氮水培试验,结果表明:MdMYB88和MdMYB124可促进低氮胁迫下根系对NO3-吸收及从地上部到地下部、老叶到新叶的转运。实时定量RT-q PCR结果显示:MdMYB88和MdMYB124可正调控Md NRT1.7、Md NRT1.8和Md NRT2.4,负调控Md NRT1.5,进而促进低氮胁迫下NO3-转运。Chip-q PCR和EMSA试验结果表明MdMYB88和MdMYB124能直接结合Md NRT1.7、Md NRT1.8和Md NRT2.4基因的启动子,但不结合Md NRT1.5基因启动子。通过酵母双杂交筛选到MdMYB88和MdMYB124互作蛋白Md BT2（BTB and TAZ domain protein 2）,并通过酵母双杂交和Split-Luc验证了MdMYB88和MdMYB124与Md BT2在体外和体内的相互作用;且正常氮素条件下,Md BT2蛋白可通过26S蛋白酶体降解MdMYB88和MdMYB124蛋白,并负调控NO3-吸收及转运。3.Md ALI能提高苹果对干旱和低氮胁迫的耐受性。通过酵母双杂交筛选到MdMYB88和MdMYB124的互作蛋白,Md ALI（Alu minum-induced protein）。酵母双杂交、Split-Luc和Co IP验证了MdMYB88和MdMYB124与Md ALI在体外和体内的相互作用;同时,Chip-q PCR和EMSA试验结果显示:MdMYB88和MdMYB124能直接结合Md ALI基因的启动子。对野生型及Md ALI转基因植株进行叶片自然失水试验,结果显示,Md ALI能够减缓叶片水分的散失。自然干旱试验表明:干旱胁迫处理下,过表达Md ALI转基因株系离子渗透率显著低于野生型植株GL-3,而Md ALI干扰转基因株系离子渗透率显著高于野生型植株GL-3;同时,过表达Md ALI转基因株系相比于野生型GL-3有较高的存活率,而Md ALI干扰株系相比于野生型GL-3存活率较低。对野生型及Md ALI转基因植株进行低氮处理,试验结果显示:低氮处理下,过表达Md ALI转基因株系相比于野生型GL-3根系增长,新叶及鲜重增多;而Md ALI干扰转基因株系相比于野生型GL-3根系变短,新叶及鲜重减少。4.Md MYB3提高苹果对干旱和低氮胁迫的耐受性。对野生型及Md MYB3转基因过表达植株进行叶片自然失水试验,结果显示,Md MYB3能够减缓叶片水分的散失。自然干旱试验表明:干旱胁迫处理下,过表达Md MYB3转基因株系离子渗透率显著低于野生型植株GL-3;同时,过表达Md MYB3转基因株系相比于野生型GL-3有较高的存活率。长期干旱处理条件下,过表达Md MYB3转基因株系株高、茎粗、叶片含水量、花青苷和原花色素含量与野生型植株GL-3相比显著提高。与之相应,Md MYB3可促进干旱胁迫下体内活性氧的清除。同时,过表达Md MYB3株系气孔密度增加,叶片ABA含量提高,根部及地上部导水能力增强,进而能够维持较高的光合速率和水分利用效率。进一步分析表明:Md MYB3可正调控并直接结合Md DFR、Md ANR、Md ERF1B、Md MYBPA1、Md GSTU17基因的启动子,促进苹果植株体内花青苷和原花色素的积累及谷胱甘肽-S-转移酶活性,提高清除活性氧的能力;Md MYB3可正调控并直接结合Md WRKY53基因启动子,并间接负调控Md CYP707A4基因,提高苹果体内ABA含量的积累;Md MYB3可正调控Md CAD9、Md LAC15、Md LAC17,并直接结合Md CAD9基因启动子,影响苹果植株体内木质素累积,并进一步提高植株导水能力。低氮胁迫处理下,过表达Md MYB3转基因株系表现出更强的耐受性,进一步研究表明,Md MYB3可通过直接结合Md LBD38基因启动子并抑制其表达,进而调控氮素的吸收利用。