本文關(guān)鍵詞：草坪草耐熱及葉片伸長(zhǎng)相關(guān)擴(kuò)展蛋白基因的克隆和功能研究　出處：《北京林業(yè)大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：擴(kuò)展蛋白是植物細(xì)胞壁的重要組成成分,具有疏松細(xì)胞壁的功能,在植物生長(zhǎng)發(fā)育的各個(gè)階段以及抗逆方面均發(fā)揮重要作用。本實(shí)驗(yàn)室前期從耐熱粗糲翦股穎(Agrostis scabra)品種'NTAS'中成功鑒定出一條與草坪草耐熱相關(guān)的擴(kuò)展蛋白基因AsEXP1,該基因受高溫誘導(dǎo)表達(dá),并且在耐熱品種中表達(dá)量高,在不耐熱品種中表達(dá)量低或者不表達(dá)。本研究通過(guò)基因克隆以及生物信息學(xué)手段,對(duì)不同草坪草品種中的AsEXP1同源基因進(jìn)行了序列多樣性分析；利用農(nóng)桿菌介導(dǎo)法將草地早熟禾(Poapratensis)品種'Diva'葉片中的AsEXP1同源基因PpEXP1導(dǎo)入煙草(Nicotiana tabacum)中過(guò)量表達(dá),探討了PpEXP1基因在植物抵御高溫中的作用；同時(shí),通過(guò)對(duì)高羊茅(Festuca arundinacea)不同品種(快速生長(zhǎng)品種‘K-31’和矮化品種'Bonsai')在不同激素處理以及逆境條件下擴(kuò)展蛋白基因家族成員表達(dá)水平的分析,探討了不同擴(kuò)展蛋白基因在草坪草生長(zhǎng)及抗逆反應(yīng)中的作用。主要研究結(jié)果如下：(1)對(duì)3個(gè)屬共計(jì)12個(gè)草坪草品種AsEXP1同源基因DNA全長(zhǎng)序列進(jìn)行克隆和序列比對(duì),結(jié)果顯示,不同品種之間,AsEXP1在基因長(zhǎng)度以及堿基序列方面均存在種屬特異性變異,并且內(nèi)含子變異幅度明顯高于外顯子。據(jù)此設(shè)計(jì)3對(duì)特異PCR引物組合,并在6屬32個(gè)常見(jiàn)草坪草品種中進(jìn)行PCR驗(yàn)證,結(jié)果顯示,引物組合cAs3F/cAs3R和cAs4F/cAs4R可以分別鑒定常見(jiàn)的翦股穎屬(Agrostis)和早熟禾屬(Poa)草坪草品種,而引物組合cAs5F/cAs5R只在羊茅屬(Festuca)和黑麥草屬(Lolium)中有擴(kuò)增。根據(jù)AsEXP1同源基因序列繪制不同草坪草間的系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù),發(fā)現(xiàn)同屬的草坪草品種聚在同一分支,不同屬的草坪草品種分在不同的分支,說(shuō)明AsEXP1基因序列中存在植物進(jìn)化的線索,可為草坪草親緣關(guān)系研究提供重要的基因信息。(2)對(duì)轉(zhuǎn)PpEXP1基因煙草和野生型煙草株系同時(shí)進(jìn)行高溫處理(42℃,6d),野生型煙草植株呈現(xiàn)嚴(yán)重的萎蔫,多數(shù)葉片變黃,而轉(zhuǎn)基因植株則只有底部較少葉片出現(xiàn)萎蔫變黃。葉片相對(duì)含水量、相對(duì)電導(dǎo)率、葉綠素含量、光合作用效率、過(guò)氧化氫含量、超氧化物歧化酶活性以及丙二醛含量等多項(xiàng)生理指標(biāo)顯示,轉(zhuǎn)基因煙草具有更強(qiáng)的耐熱性。同時(shí),組織切片結(jié)果顯示,轉(zhuǎn)基因煙草的葉肉細(xì)胞結(jié)構(gòu)在高溫條件下無(wú)明顯變化,細(xì)胞輪廓清晰,且大部分細(xì)胞保持完整,而野生型植株在高溫處理后葉肉細(xì)胞完整性受到嚴(yán)重破壞,細(xì)胞邊緣模糊不清。綜上,PpEXP1基因的高表達(dá)可顯著提高煙草的耐熱性。(3)對(duì)不同高羊茅品種以及不同處理?xiàng)l件下擴(kuò)展蛋白基因表達(dá)水平進(jìn)行檢測(cè),發(fā)現(xiàn)：高羊茅不同品種葉片伸長(zhǎng)速率差異顯著,EXPA1和EXPA3的表達(dá)量在生長(zhǎng)速率高的品種‘K-31’葉片中顯著高于生長(zhǎng)速率低的品種'Bonsai';進(jìn)一步分析顯示,高羊茅同一葉片的不同區(qū)段伸長(zhǎng)速率不同,而擴(kuò)展蛋白基因EXPA3在伸長(zhǎng)速率快的區(qū)段具有更高的表達(dá)水平；外施赤霉素后,EXPA1、EXPA2、EXPA3、EXPB1等擴(kuò)展蛋白基因的表達(dá)量升高,而葉片伸長(zhǎng)速率也明顯提高；干旱、鹽脅迫條件下,葉片伸長(zhǎng)速率降低,擴(kuò)展蛋白基因EXPA3在草坪草葉片中的表達(dá)量也隨之降低。綜上,擴(kuò)展蛋白基因EXPA3的表達(dá)水平與草坪草葉片的伸長(zhǎng)速率密切相關(guān),為深入探討草坪草生長(zhǎng)的分子機(jī)制奠定了基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：北京林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：S688.4

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1 徐筱;徐倩;張x，

本文編號(hào)：1333497