【摘要】：土壤鹽漬化是目前制約農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)的全球性問題,干旱、鹽堿等非生物逆境會(huì)對植物的生長代謝造成影響。經(jīng)過長期進(jìn)化,植物可以通過各種滲透調(diào)節(jié)、抗氧化調(diào)節(jié)等機(jī)制來抵御這些非生物脅迫。研究發(fā)現(xiàn),肌醇(myo-inositol,MI)在植物抗逆過程中發(fā)揮著重要作用,在肌醇代謝過程中,肌醇-1-磷酸合酶(Myo-inositol-1-phosphate synthase,MIPS)是肌醇合成過程的限速酶,而肌醇加氧酶(Myo-inositol oxygenase,MIOX)則在催化肌醇分解的過程中起到了關(guān)鍵酶的作用。目前,關(guān)于肌醇代謝關(guān)鍵酶的研究大多是以擬南芥等草本植物為研究對象進(jìn)行研究的,但是關(guān)于木本植物肌醇代謝關(guān)鍵酶基因的研究報(bào)道還比較少。挖掘蘋果砧木平邑甜茶MIOX基因并進(jìn)行功能研究,不但具有重要的理論意義,而且具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值,可以為植物抗逆轉(zhuǎn)基因研究提供潛在的有效候選基因。本研究從平邑甜茶中克隆到一個(gè)MIOX基因,命名為MhMIOX1,并對其編碼的氨基酸序列進(jìn)行了比對,對其表達(dá)模式及其功能等進(jìn)行了分析。主要研究工作與結(jié)果如下:1、從平邑甜茶中分離得到一個(gè)編碼MIOX的基因序列,命名為MhMIOX1。MhMIOX1編碼333個(gè)氨基酸,平邑甜茶MIOX基因編碼的氨基酸序列與其他物種的MIOX基因編碼的氨基酸序列同源性和木本植物中的桃最高,相似度達(dá)90%以上。2、我們對平邑甜茶組培苗分別用NaCl、PEG、ABA處理,利用RT-PCR技術(shù)分析MhMIOX1基因?qū)@三種非生物逆境脅迫的響應(yīng),結(jié)果顯示,3種脅迫處理均會(huì)引起MhMIOX1的表達(dá)上調(diào),由此可以推測,MhMIOX1基因可能在植物對抗非生物脅迫響應(yīng)中發(fā)揮重要作用。3、為了驗(yàn)證MhMIOX1基因在參與鹽脅迫響應(yīng)中的作用,我們首先利用草本模式植物擬南芥對其進(jìn)行功能分析。結(jié)果顯示,過量表達(dá)的MhMIOX1基因能夠提高草本植物擬南芥在鹽脅迫處理下的萌發(fā)率、根長及長勢。進(jìn)一步將MhMIOX1基因轉(zhuǎn)化木本模式植物山新楊,在鹽脅迫處理下,轉(zhuǎn)MhMIOX1基因擬南芥和山新楊的長勢均明顯優(yōu)于野生型。以上結(jié)果表明,MhMIOX1基因過表達(dá)一定程度上可以提高植物對鹽脅迫的耐受性。4、為了更好地說明MhMIOX1基因的功能,我們利用遺傳轉(zhuǎn)化獲得的轉(zhuǎn)MhMIOX1基因山新楊,在不同濃度的鹽脅迫下進(jìn)行處理,結(jié)果顯示,轉(zhuǎn)MhMIOX1基因山新楊的長勢均明顯優(yōu)于野生型,說明轉(zhuǎn)MhMIOX1基因山新楊比野生型山新楊有更好的耐鹽性。我們進(jìn)一步研究了MhMIOX1基因過表達(dá)對轉(zhuǎn)基因山新楊活性氧的積累量及抗氧化酶活性的影響。結(jié)果表明,野生型和轉(zhuǎn)MhMIOX1基因山新楊在不同濃度鹽脅迫下H_2O_2和MDA的積累量均隨鹽濃度的升高而升高,但在相同NaCl水平下,轉(zhuǎn)MhMIOX1基因山新楊H_2O_2和MDA的積累量均顯著低于野生型,而過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)和抗壞血酸過氧化物酶(APX)等抗氧化酶的活性都明顯高于野生型山新楊。由此說明過表達(dá)的MhMIOX1基因能夠通過某種機(jī)制來增強(qiáng)抗氧化酶的活性,降低活性氧的含量,減輕活性氧對細(xì)胞膜的傷害,從而提高了植物的抗逆性。
【圖文】：

圖 1.1 肌醇的合成和分解代謝途徑（引自[4]）Fig1.1 Synthetic and catabolic pathways of inositol(Quot醇衍生物及其作用衍生物在肌醇代謝中起到了重要作用[65]，肌醇一般種方式參與細(xì)胞的代謝。肌醇的六碳環(huán)具有一個(gè)軸將焦磷酸基團(tuán)的多種組合連接到每個(gè)羥基部分，產(chǎn)步將脂質(zhì)頭部基團(tuán)摻入這些衍生物。迄今為止，已中鑒定了超過 37 種不同的肌醇衍生物，肌醇衍生的大分子家族，它們以脂質(zhì)和水溶性化合物的形式各種生物反應(yīng)中起到了重要的作用[67]。磷脂酰肌醇衍生物酰肌醇( Phosphatidyl inositol)主要由兩部分組成的另一種是肌醇。它對于細(xì)胞中的細(xì)胞形態(tài)、細(xì)胞信功能都起著非常重要的作用。磷脂酰肌醇合成酶（

證據(jù)證明磷脂酰肌醇（3,4,5）-三磷酸鹽在植物體內(nèi)能夠形成。 磷脂酰肌醇及其多種磷酸化異構(gòu)體可以滲透親水和疏水環(huán)境，使它們成為細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞間穿過的良好信使，從而協(xié)調(diào)細(xì)胞生長[71-72]。研究發(fā)現(xiàn)，植物中磷脂酰肌醇和肌醇是通過特定脂質(zhì)激酶、磷酸酶和磷脂酶的混合物的作用進(jìn)行連續(xù)修飾[73]，以這種方式調(diào)節(jié)多種細(xì)胞功能[71-72]。最特別的磷脂酰肌醇信號傳導(dǎo)功能是由磷脂酶 C（PLC）水解磷脂酰肌醇 4,5-二磷酸（圖 2A）來調(diào)節(jié)的，其是作為產(chǎn)生肌醇的前體物質(zhì)發(fā)揮作用，其中 （1,4,5）-三磷酸鹽（InsP3 形式之一）和二�；视停―AG）能夠作為第二信使[73-76]參與其中的反應(yīng)。研究表明，磷脂酰肌醇 4,5-二磷酸可以調(diào)節(jié) K+流出通道和氣孔開放，滲透脅迫和鹽度增加可以提高磷脂酰肌醇 4,5-二磷酸的水平[77-78]，然而，植物中不同的磷脂酰肌醇 4,5-二磷酸以不同的方式來響應(yīng)壓力，這種差異可能與脂肪酰鏈的組成有關(guān)。此外，，磷脂酰肌醇 4,5-二磷酸還可以參與細(xì)胞中膜運(yùn)輸，在擬南芥、煙草等植物中參與根毛向花粉管遞送所需的營養(yǎng)物質(zhì)的運(yùn)輸[79-80]。磷脂酰肌醇 4,5-二磷酸除了作為第二信使和肌醇三磷酸的前體之外，還可以參與到植物細(xì)胞生命活動(dòng)的各個(gè)方面。
【學(xué)位授予單位】：魯東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：S156.4;Q943.2

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本文編號：2643112