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马铃薯水通道蛋白StPIP1基因克隆及抗旱性功能分析

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水通道蛋白(Aquaporins AQPs)是细胞膜上转运水等中性分子的特异通道蛋白，是调节胞间以及植物整个体内水分平衡的分子基础，现有的研究表明水通道蛋白的表达调控在植物逆境反应中具有重要意义。本研究克隆马铃薯水通道蛋白StPIP1基因，StPIP1长867 bp，开放阅读框架867 bp，编码288个氨基酸残基，分子量为30.9 kDa(No.DQ999080)。生物信息学分析表明StPIP1不但具有MIP家族信号序列SGxHxNPAVT，并且含有植物质膜水通道蛋白的特征序列GGGANxxxxGY和TGI/TNPARSL/FGAAI/VI/VF/YN，有2个保守的NPA单元。亚细胞定位预测分析和洋葱表皮瞬时表达StPIP1-GFP融合蛋白表明StPIP1属于质膜水通道蛋白PIP1类，该蛋白受磷酸化修饰。StPIP1三级结构预测表明StPIP1单体和四聚体结构与报道的水通道蛋白AQP1结构极为相似，单体由5个短环相连的6个亲水跨膜螺旋形成。构建CaMV35S和rd29A启动子驱动的StPIP1正反义植物表达载体转化烟草研究StPIP1在植物体内的生理功能，结果表明，异源抑制StPIP1基因表达可减少烟草内源水通道蛋白的表达，在低渗溶液中80％叶肉原生质体2 h后才破裂，而过量表达StPIP1转基因植株，90％叶肉原生质体在低渗溶液中仅5 min就破裂，表明StPIP1表达提高了烟草质膜水分渗透能力。在干旱胁迫下，过量表达StPIP1植株没有表现出明显的胁迫反应，而抑制StPIP1表达，转基因植株表现萎蔫、褪绿、营养生长延迟，若达到相同的地上部分生物产量，转基因植株增加了大约3倍与对照根系的数量来供应生长所需水分。StPIP1基因的表达对气孔运动的调节研究表明，过量表达StPIP1加速了光诱导的气孔开放和暗、ABA和CaCl2诱导的气孔关闭，证明StPIP1参与了气孔运动的调节；过量表达StPIP1也增加了烟草净光合速率、气孔导度，降低了失水速率、蒸腾速率，提高了转基因植株整体抗旱能力。在干旱逆境胁迫下，在马铃薯中过量表达rd29A驱动的StPIP1基因，转基因植株降低了膜的受损程度，渗透调节物质积累早，光合速率、气孔导度增加，蒸腾速率减低，对干旱逆境表现出一定的抗性。

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