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AtST39和AtST39H在盐胁迫干旱胁迫中的功能研究

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摘要

缩略词

第一章 前言

1.1 逆境胁迫与植物的抗逆途径

1.1.1 盐胁迫与植物的抗盐途径

1.1.2 干旱胁迫与植物的抗旱途径

1.2 植物主要抗逆信号转导途径

1.2.1 植物体内保守的MAPK信号通路

1.2.2 植物生长素信号转导途径

1.2.3 植物ABA信号转导途径

1.3 拟南芥DUF966基因家族研究现状

1.4 本研究的意义和内容

第二章 材料与方法

2.1 实验材料

2.1.1 植物材料

2.1.2 菌株与质粒

2.1.3 主要试剂及耗材

2.1.4 培养基

2.2 实验方法

2.2.1 引物设计及合成

2.2.2 拟南芥种植与收种方法

2.2.3 目的基因的逆境表达谱和对激素的响应

2.2.4 目的基因克隆与载体构建

2.2.5 农杆菌介导的拟南芥遗传转化

2.2.6 转基因阳性植株的筛选与鉴定

2.2.7 纯合突变体的鉴定筛选

2.2.8 组织染色与亚细胞定位观察

2.2.9 AtST39H原核表达与蛋白纯化

2.2.10 拟南芥杂交实验与杂交纯合体鉴定筛选

2.2.11 拟南芥盐胁迫、激素处理对根长影响

2.2.12 转基因植株的耐盐、耐干旱表型分析

2.2.13 转基因植株逆境相关基因的表达分析

第三章 实验结果

3.1 AtST39基因

3.1.1 AtST39基因在非生物胁迫、激素处理下的表达模式分析

3.1.2 GFP融合表达载体和GUS融合表达载体的构建

3.1.3 农杆菌介导的拟南芥遗传转化

3.1.4 转基因植株的筛选鉴定

3.1.5 AtST39基因在拟南芥各组织器官中的表达模式分析

3.1.6 AtST39蛋白的亚细胞定位分析

3.1.7 AtST39基因相关转基因植株鉴定

3.1.8 NaCl抑制AtST39干扰株系AtST39-RNAi6的主根生长

3.1.9 转基因植株耐盐、耐干旱表型分析

3.1.10 转基因植株与DR5∷GUS的杂交实验

3.1.11 转基因植株逆境相关基因的表达情况

3.2 AtST39H基因

3.2.1 AtST39H基因在非生物胁迫、激素处理下的表达模式分析

3.2.2 GFP融合表达载体和GUS融合表达载体的构建

3.2.3 农杆菌介导的拟南芥遗传转化

3.2.4 转基因植株的筛选鉴定

3.2.5 AtST39H基因在拟南芥各组织器官中的表达模式分析

3.2.6 AtST39H蛋白的亚细胞定位分析

3.2.7 AtST39H基因T-DNA插入突变体的鉴定

3.2.8 NaCl胁迫对AtST39H突变体5-5的主根长度的影响

3.2.9 转基因植株耐盐、耐干旱表型分析

3.2.10 转基因植株逆境相关基因的表达情况

3.2.11 AtST39H原核表达与包涵体蛋白纯化

3.3 AtST39与AtST39H之间的相互联系

3.3.1 AtST39与AtST39H蛋白相似性很高

3.3.2 转基因植株中另一基因表达量分析

3.3.3 双突变体的获得和表型分析

3.3.4 纯合双突变体中相关基因的表达

第四章 讨论

4.1 AtST39基因功能分析

4.2 AtST39H基因功能分析

4.3 AtST39和AtST39H可能存在相互联系

第五章 小结

第六章 不足与展望

参考文献

致谢

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摘要

高盐、干旱和冻害等非生物胁迫给农业生产带来了严重的影响,造成农作物大幅度减产。因此,研究植物的抗逆机制、分离筛选抗逆相关基因越来越受到重视。拟南芥是植物界的模式生物,作为研究材料具有其独特的优势。研究拟南芥的抗逆途径对研究农作物的抗逆途径有重要指导意义。本课题组前期研究推测拟南芥DUF966基因家族的两个基因AtST39(At3g46110)和AtST39H(At5g59790)参与了植物的抗逆途径,可能是两个抗逆基因。本研究对AtST39和AtST39H的功能进行了深入的探究。
  融合GFP转基因植株显示AtST39蛋白可能定位在细胞质和细胞膜上。启动子融合GUS的转基因植株在幼苗的根、茎、叶和成熟期叶脉、花药、柱头及茎的切口处中检测到GUS活性。qRT-PCR分析发现AtST39基因受到NaCl、低温和干旱等胁迫诱导上调,特别是在NaCl胁迫下表达量上调明显。主要研究了盐胁迫对转基因植株幼苗期主根生长发育的影响。结果显示,干扰转基因植株对盐胁迫更敏感:盐处理下,干扰转基因植株的主根长度明显比野生型短很多;对根尖显微镜观察发现野生型植株经胁迫后根尖膨大,而干扰转基因植株经胁迫后根尖极度变窄(未经胁迫时干扰转基因植株的根尖就已经膨大);未经胁迫时干扰转基因植株体内的CAT活性比野生型植株高将近5倍。并且实验发现成熟期时过量转基因植株的耐盐、耐干旱能力比野生型强,突变体及干扰转基因植株比野生型要弱。结果说明AtST39基因参与了拟南芥的抗盐、抗干旱途径,并且起到了正调控作用。
  qRT-PCR分析相关防御基因的表达,发现:干扰转基因植株的逆境应答基因RD29A、RD29B、RD22、RAB、ERD1、COR15都上调明显,生长素转录激活因子ARF5、生长素合成酶相关基因YUC1、YUC4明显上调,说明干扰转基因植株中生长素信号途径被激活。与生长素响应启动子DR5∷GUS植株杂交检测内源生长素分布,发现过量转基因植株和野生型植株经NaCl处理后,内源生长素含量升高,并且随时间的延长而升高;突变体、干扰转基因植株经NaCl处理后,内源生长素含量升高,但是随时间的延长含量降低。上述结果表明AtST39基因可能参与或影响了生长素信号途径。
  融合GFP转基因植株显示AtST39H蛋白可能定位在细胞核和细胞膜上。启动子融合GUS的转基因植株在幼苗的叶和成熟期花柱和萼片检测到GUS活性。AtST39H基因的表达同样受到NaCl的诱导表达。但是实验发现AtST39H突变体5-5的耐盐、耐干旱能力与野生型植株没有区别。qRT-PCR分析转基因植株逆境应答基因的表达发现:突变体5-5的逆境应答基因基本都下调表达,但RD22、ERD1、PAD3上调明显。5-5中的的生长素合成酶相关基因中YUC1、YUC4明显下调。构建了His-AtST39H和GST-AtST39H原核表达载体,蛋白纯化后得到了较高浓度的AtST39H蛋白,以便进一步获得相应抗体,从蛋白水平对转基因植株进行鉴定。
  杂交获得AtST39和AtST39H的双突变体在正常生长条件下表型与野生型没有差别。qRT-PCR分析双突变体的逆境应答基因基本都上调表达,特别是RD29A、RAB上调明显。生长素转录激活因子ARF5和生长素合成酶相关基因YUC1上调表达,说明双突变体植株中的生长素信号途径可能被激活。

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