葡萄赤霉素氧化酶基因GA2ox、GA3ox和GA20ox家族的鉴定与GA2ox7的耐盐性功能分析

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盐胁迫对我国西北地区的农作物栽培和生产造成的影响很大。对于植物耐盐机理的研究在不断的深入,尤其是鉴定和挖掘耐盐性相关基因的研究已经成为目前生物学研究的重点之一。赤霉素参与植物的各种非生物胁迫响应,并且外源施加GA3能够提高植株对盐胁迫的耐受性。赤霉素氧化酶基因GA2ox、GA3ox和GA20ox已经在一些模式植物中被研究具有提高植株的耐盐胁迫能力,因此本文以葡萄为研究对象,通过生物信息学方法对葡萄赤霉素氧化酶基因GA2ox、GA3ox和GA20ox进行鉴定和定量表达分析。对筛选得到的耐盐性基因GA2ox7进行拟南芥异源转化,并分析该基因的耐盐性功能。主要取得以下研究结果:1.本文通过生物信息学方法鉴定出24个葡萄赤霉素氧化酶家族成员,根据其基因识别号(ID)的先后顺序被命名为Vv GA2ox1-Vv GA2ox11、Vv GA3ox1-Vv GA3ox6和Vv GA20ox1-Vv GA20ox7。理化性质分析发现,葡萄GA2ox、GA3ox和GA20ox基因分子量、等电点、CDS序列大小都存在较大差异,该家族成员在细胞核、细胞质和叶绿体中定位数量最多。根据系统发育树、基因结构和motif基序可将该家族成员分为7个亚组。2.葡萄GA2ox、GA3ox和GA20ox基因家族启动子分子结果发现,该家族基因的启动子元件主要有各种激素响应元件,如ABA,GA3,Me JA响应元件。此外,还有许多基因含有非生物胁迫元件,如低温、干旱、盐分等胁迫响应元件。葡萄转录组数据中该家族基因在非生物胁迫下的表达分析结果发现,不同时长的ABA、Na Cl、PEG和5℃处理下,大多数Vv GA2ox、Vv GA3ox和Vv GA20ox基因都有较高的表达。葡萄组织表达分析表明,Vv GA2ox和Vv GA20ox在葡萄不同发育阶段的不同组织中的表达水平均高于Vv GA3ox。最后,通过q RT-PCR检测GA3和烯效唑处理下GA2ox、GA3ox和GA20ox基因家族的相对表达量,发现GA3处理下部分Vv GA2oxs基因被上调表达。同时,烯效唑使得部分Vv GA3ox和Vv GA20ox基因被上调表达。其中,在盐胁迫和外源GA3处理下,Vv GA2ox7的表达量最高。3.克隆获得葡萄GA2ox7基因,CDS长度为100 2 bp,对应氨基酸数目为334,是亲水性蛋白。构建亚细胞定位载体p BI221-GA2ox7-EGFP来验证亚细胞预测结果,结果表明GA2ox7蛋白定位在细胞核和细胞质中。成功构建过表达载体p CAM-GA2ox7-FLAG,并将该基因成功转化到拟南芥中。通过测定Na Cl或Na Cl+GA3处理后转基因拟南芥叶片中各种生理指标和抗氧化酶活性,发现转基因拟南芥叶片中电导率、丙二醛、H2O2呈现出先保持不变或下降后上升的趋势,叶绿素和脯氨酸含量先上升后下降的趋势,POD、SOD、CAT活性呈现出先上升后下降的趋势,8 h处理时间是一个重要的转折点,并且在Na Cl+GA3共同处理下这些生理指标变化更明显。测定耐盐性相关基因和开花调控基因的表达量,结果表明在转基因拟南芥中,耐盐相关基因KAT1、APX1、LEA、P5CS1、AVP1、CBF1均被上调表达;此外,转基因拟南芥中抑花基因FLC被上调表达,而促花基因FT被下调表达。盐胁迫条件下,测定转基因拟南芥中GA3和ABA含量,结果表明在转基因拟南芥中GA3含量明显减少,而ABA含量明显增加。这些研究结果表明GA2ox7的异源表达能够增强转基因拟南芥的耐盐性。
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