本文關鍵詞：小鹽芥ThPP1基因增強了轉(zhuǎn)基因水稻的耐堿性

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【摘要】：在鹽堿脅迫條件下,無機焦磷酸化酶對植物體內(nèi)的離子及可溶性小分子的運輸具有重要的調(diào)節(jié)功能。本試驗將小鹽芥無機焦磷酸化酶ThPP1基因轉(zhuǎn)入水稻中,探究堿脅迫下ThPP1基因在轉(zhuǎn)基因水稻中的調(diào)控作用,明確ThPP1基因響應抗逆脅迫的分子機制,為培育抗逆的分子育種提供理論依據(jù)與材料支撐。生物信息學分析表明,小鹽芥ThPP1基因的開放閱讀框為900 bp,編碼300個氨基酸,分子量約為33.5kDa(登錄號:KC250018.1)。ThPP1基因蛋白無跨膜結(jié)構,擁有緊湊的單域結(jié)構,其保守域序列與擬南芥無機焦磷酸化酶保守域序列具有高度同源性。亞細胞定位試驗表明,ThPP1蛋白定位在細胞溶質(zhì)內(nèi),屬于可溶性的無機焦磷酸化酶,這與PPase Ⅰ家族蛋白結(jié)構一致。堿脅迫下小鹽芥ThPP1基因表達模式分析顯示,隨堿脅迫的加劇小鹽芥ThPP1基因表達量明顯升高,這說明小鹽芥ThPP1基因受堿脅迫誘導。為驗證ThPP1基因在應對堿脅迫時的生理功能,將小鹽芥ThPP1基因轉(zhuǎn)入水稻品種kitaake中,獲得轉(zhuǎn)基因水稻株系,并對堿脅迫條件下轉(zhuǎn)基因及野生水稻的各項生理指標進行測定。結(jié)果表明:堿脅迫條件下,轉(zhuǎn)基因水稻的生物重、葉片中蔗糖和淀粉含量顯著高于野生型株系,葉綠素含量和光合速率也顯著高于野生型株系;分析水稻的滲透調(diào)節(jié)能力和維持離子平衡能力的試驗發(fā)現(xiàn),堿脅迫下,轉(zhuǎn)基因水稻體能累積更多降低植物滲透勢的有機滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和減少了細胞膜損傷,保證了水分的正常吸收,維持了植株體內(nèi)的離子平衡;轉(zhuǎn)基因水稻中較低的鈉鉀比減輕了堿脅迫下Na+的毒害。進一步研究發(fā)現(xiàn),在堿脅迫下,轉(zhuǎn)基因水稻中ThPP1基因的表達引起了水稻內(nèi)源基因的差異表達,這些基因的差異表達主要影響植物細胞組分氧化還原過程和代謝過程,改變了植物的代謝途徑和次生代謝物合成途徑。為研究ThPP1參與植物耐堿性生理調(diào)控的分子機制,利用分裂泛素酵母雙雜交系統(tǒng)初步篩選到小鹽芥ThPP1的1個互作蛋白:16#。生物信息學發(fā)現(xiàn),16#與LHCB6蛋白同源性較高,可初步斷定16#主要參與小鹽芥的光合作用。因此,ThPP1基因可能以互作的方式在植物光合作用中發(fā)揮作用。采用CRISPR/Cas9基因編輯技術,對與ThPP1基因具有高度同源性的水稻體OsPP1基因進行定點突變,共獲得4種不同突變形式的植株:A插入、3、21、47個堿基缺失。CRISPR/Cas9基因編輯系統(tǒng)將水稻OsPP1基因的成功敲除為科學評價水稻無機焦磷酸化酶OsPP1基因、通過再導入外源同源體基因如小鹽芥ThPP1基因評價其生理生化功能提供了一條有效的方法途徑和重要的材料支持。
【學位授予單位】：沈陽農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：S511

【參考文獻】

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本文編號：1265700