扩展蛋白基因TaEXPA2在小麦耐旱性中的功能分析
发布时间：2021-08-18 11:28
小麦（Triticum aestivum L.）是我国最重要的三大粮食作物之一,同时也是人类重要的蛋白质食物来源,约占世界主食的35%。然而,由于全球气候变暖,水资源短缺已是全球性危机,干旱成为限制世界粮食生产的最主要因素。因此,解析植物耐旱机理对保障粮食供给具有重要意义。扩展蛋白是一种能够调节细胞壁松弛和细胞延伸生长的细胞壁蛋白,研究发现其参与植物生长发育和逆境响应等过程。实验室前期从小麦品种‘旱丰9703’中克隆得到一个扩展蛋白基因TaEXPA2,并异源转化模式植物烟草和拟南芥。为了更深入地研究TaEXPA2在小麦干旱胁迫耐性中的功能,本研究将该基因同源转化小麦,获得过表达和沉默TaEXPA2的转基因小麦植株,分析了TaEXPA2在小麦干旱胁迫耐性中的功能并探讨了该基因参与小麦耐旱性调控的机制。主要结果如下:（1）采用基因组PCR、荧光定量PCR和Western Blot的方法,对TaEXPA2转基因小麦进行筛选鉴定,最终选取两个过表达株系（TaEXPA2-OE-2和TaEXPA2-OE-7）和两个沉默株系（TaEXPA2-RNAi-1和TaEXPA2-RNAi-5）用于后续研究。...
【文章来源】：山东农业大学山东省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
扩展蛋白的贝叶斯系统发育树（Hanetal.,2019）
山东农业大学硕士学位论文13扩展蛋白是一种不具有蛋白水解酶活性的细胞壁松弛蛋白，由于细胞壁蛋白分离技术的限制，其具体作用机制还不是很清楚。Sampedro等提出了一种关于扩展蛋白作用模式的假说（图1-3），认为扩展蛋白的C端多糖结合结构域能够与细胞壁的纤维素微纤丝结合，并沿其表面滑动。同时，扩展蛋白N端的催化结构域打断细胞壁多糖之间的非共价键，从而使细胞壁结构松弛、延伸（常丽，2016；SampedroandCosgrove,2005）。图1-3扩展蛋白松弛细胞壁的简化模型（SampedroandCosgrove,2005）Fig.1-3Asimplifiedmodeloftheplantcellwallanditslooseningbyexpansins(SampedroandCosgrove,2005).1.5扩展蛋白对干旱胁迫的响应扩展蛋白参与植物对干旱胁迫的响应已有越来越多的报道。干旱等其它渗透胁迫会引起细胞壁中的伸展蛋白等糖蛋白与酚醛树脂发生交联，进而导致细胞壁硬化。同时，干旱会诱导扩展蛋白基因的表达，对于细胞壁的重塑起关键作用（朱健康和倪建平，2016；Tenhaken,2014）。在烟草中过表达扩展蛋白基因EXPA4能够使转基因植株在干旱胁迫下受到的细胞损伤降低，鲜重升高，渗透调节物质脯氨酸和可溶性糖的含量升高，以及部分与干旱相关的基因的表达量升高，提高转基因烟草抵抗干旱的能力；而利用
扩展蛋白基因TaEXPA2在小麦耐旱性中的功能分析36图3-1TaEXPA2转基因小麦的分子鉴定（A，B）TaEXPA2过表达（pC110-TaEXPA2）和RNAi介导的沉默（pC336-TaEXPA2）载体结构示意图；（C，D）琼脂糖凝胶电泳法鉴定TaEXPA2转基因植株；（E，F）qRT-PCR法鉴定TaEXPA2在TaEXPA2-OE和TaEXPA2-RNAi植株中的表达量；（G）Westernblot法鉴定TaEXPA2蛋白在TaEXPA2-OE和TaEXPA2-RNAi植株中的表达量。Fig.3-1MolecularidentificationofTaEXPA2transgenicwheatlines(A,B)SchematicdiagramsofconstructsusedfortheTaEXPA2overexpression(pC110-TaEXPA2)andRNAi-mediatedknockdown(pC336-TaEXPA2).(C,D)IdentificationofTaEXPA2transgenicwheatbyagarosegelelectrophoresis.(E,F)TheexpressionlevelsofTaEXPA2inTaEXPA2-OEandTaEXPA2-RNAilinesbyqRT-PCR.(G)WesternblotassayofTaEXPA2abundanceinTaEXPA2-OEandTaEXPA2-RNAilines.3.2TaEXPA2转基因小麦幼苗期的耐旱性分析植物在不同生育期的耐旱性有差异。首先，我们分析了TaEXPA2转基因小麦在幼苗期的耐旱性。将萌发后正常生长7天的转基因小麦幼苗停止浇水，对照组每3天浇200mL水。14天之后，自然干旱组的WT与转基因植株明显萎焉并且存在明显差异（图3-2B）。与WT植株相比，TaEXPA2过表达转基因小麦的长势好于WT，好于TaEXPA2沉默植株；而正常浇水条件下的WT与转基因植株之间长势不存在明显差异（图3-2A）。
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国植物应答环境变化研究的过去与未来[J]. 杨淑华,巩志忠,郭岩,龚继明,郑绍建,林荣呈,杨洪全,毛龙,秦峰,罗利军,张天真,储成才,赖锦盛,晁代印,关雪莹,彭佳师,黄朝峰,蒋才富,王瑜,杨永青,施怡婷,丁杨林,马亮,种康. 中国科学:生命科学. 2019(11)
[2]植物非生物胁迫信号转导及应答[J]. 朱健康,倪建平. 中国稻米. 2016(06)
[3]叶片结构的水力学特性对植物生理功能影响的研究进展[J]. 龚容,高琼. 植物生态学报. 2015(03)
[4]外源基因导入改良小麦抗旱性的研究进展[J]. 赵慧,张玮,王静,李芙蓉,纪军,李俊明. 中国生态农业学报. 2013(03)
[5]水分胁迫对荔枝叶片呼吸代谢有关酶活性的影响[J]. 陈立松,刘星辉. 林业科学. 2003(02)
[6]水分亏缺下细胞延伸生长与细胞膨压和细胞壁特性的关系[J]. 李连朝,王学臣. 植物生理学通讯. 1998(03)
博士论文
[1]小麦响应干旱胁迫的LEA蛋白组学分析及功能研究[D]. 李娜.西北农林科技大学 2019
[2]玉米转录因子ZmbZIP4功能的研究[D]. 马海珍.山东大学 2018
[3]小麦E3泛素连接酶TaSAP5的功能鉴定及调控途径解析[D]. 张宁.中国农业大学 2017
[4]拟南芥转录因子TGA7参与植物响应干旱胁迫的机制研究[D]. 吴娟娟.中国农业大学 2014
[5]小麦扩展蛋白基因TaEXPB23的功能分析[D]. 韩阳阳.山东农业大学 2014
[6]小麦干旱胁迫响应与LEA蛋白的蛋白质组学研究[D]. 张红梅.西北农林科技大学 2014
硕士论文
[1]TaNF-Y1和TaNF-Y2转基因小麦的抗旱性鉴定[D]. 孙希媛.西北农林科技大学 2017
[2]陆地棉expansin-like基因GhEXLB2在棉花抗旱中的功能研究[D]. 常丽.华中农业大学 2016
[3]北京地区部分景天属植物抗旱性及园林应用研究[D]. 冯黎.北京林业大学 2015
本文编号：3349806
【文章来源】：山东农业大学山东省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
扩展蛋白的贝叶斯系统发育树（Hanetal.,2019）
山东农业大学硕士学位论文13扩展蛋白是一种不具有蛋白水解酶活性的细胞壁松弛蛋白，由于细胞壁蛋白分离技术的限制，其具体作用机制还不是很清楚。Sampedro等提出了一种关于扩展蛋白作用模式的假说（图1-3），认为扩展蛋白的C端多糖结合结构域能够与细胞壁的纤维素微纤丝结合，并沿其表面滑动。同时，扩展蛋白N端的催化结构域打断细胞壁多糖之间的非共价键，从而使细胞壁结构松弛、延伸（常丽，2016；SampedroandCosgrove,2005）。图1-3扩展蛋白松弛细胞壁的简化模型（SampedroandCosgrove,2005）Fig.1-3Asimplifiedmodeloftheplantcellwallanditslooseningbyexpansins(SampedroandCosgrove,2005).1.5扩展蛋白对干旱胁迫的响应扩展蛋白参与植物对干旱胁迫的响应已有越来越多的报道。干旱等其它渗透胁迫会引起细胞壁中的伸展蛋白等糖蛋白与酚醛树脂发生交联，进而导致细胞壁硬化。同时，干旱会诱导扩展蛋白基因的表达，对于细胞壁的重塑起关键作用（朱健康和倪建平，2016；Tenhaken,2014）。在烟草中过表达扩展蛋白基因EXPA4能够使转基因植株在干旱胁迫下受到的细胞损伤降低，鲜重升高，渗透调节物质脯氨酸和可溶性糖的含量升高，以及部分与干旱相关的基因的表达量升高，提高转基因烟草抵抗干旱的能力；而利用
扩展蛋白基因TaEXPA2在小麦耐旱性中的功能分析36图3-1TaEXPA2转基因小麦的分子鉴定（A，B）TaEXPA2过表达（pC110-TaEXPA2）和RNAi介导的沉默（pC336-TaEXPA2）载体结构示意图；（C，D）琼脂糖凝胶电泳法鉴定TaEXPA2转基因植株；（E，F）qRT-PCR法鉴定TaEXPA2在TaEXPA2-OE和TaEXPA2-RNAi植株中的表达量；（G）Westernblot法鉴定TaEXPA2蛋白在TaEXPA2-OE和TaEXPA2-RNAi植株中的表达量。Fig.3-1MolecularidentificationofTaEXPA2transgenicwheatlines(A,B)SchematicdiagramsofconstructsusedfortheTaEXPA2overexpression(pC110-TaEXPA2)andRNAi-mediatedknockdown(pC336-TaEXPA2).(C,D)IdentificationofTaEXPA2transgenicwheatbyagarosegelelectrophoresis.(E,F)TheexpressionlevelsofTaEXPA2inTaEXPA2-OEandTaEXPA2-RNAilinesbyqRT-PCR.(G)WesternblotassayofTaEXPA2abundanceinTaEXPA2-OEandTaEXPA2-RNAilines.3.2TaEXPA2转基因小麦幼苗期的耐旱性分析植物在不同生育期的耐旱性有差异。首先，我们分析了TaEXPA2转基因小麦在幼苗期的耐旱性。将萌发后正常生长7天的转基因小麦幼苗停止浇水，对照组每3天浇200mL水。14天之后，自然干旱组的WT与转基因植株明显萎焉并且存在明显差异（图3-2B）。与WT植株相比，TaEXPA2过表达转基因小麦的长势好于WT，好于TaEXPA2沉默植株；而正常浇水条件下的WT与转基因植株之间长势不存在明显差异（图3-2A）。
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国植物应答环境变化研究的过去与未来[J]. 杨淑华,巩志忠,郭岩,龚继明,郑绍建,林荣呈,杨洪全,毛龙,秦峰,罗利军,张天真,储成才,赖锦盛,晁代印,关雪莹,彭佳师,黄朝峰,蒋才富,王瑜,杨永青,施怡婷,丁杨林,马亮,种康. 中国科学:生命科学. 2019(11)
[2]植物非生物胁迫信号转导及应答[J]. 朱健康,倪建平. 中国稻米. 2016(06)
[3]叶片结构的水力学特性对植物生理功能影响的研究进展[J]. 龚容,高琼. 植物生态学报. 2015(03)
[4]外源基因导入改良小麦抗旱性的研究进展[J]. 赵慧,张玮,王静,李芙蓉,纪军,李俊明. 中国生态农业学报. 2013(03)
[5]水分胁迫对荔枝叶片呼吸代谢有关酶活性的影响[J]. 陈立松,刘星辉. 林业科学. 2003(02)
[6]水分亏缺下细胞延伸生长与细胞膨压和细胞壁特性的关系[J]. 李连朝,王学臣. 植物生理学通讯. 1998(03)
博士论文
[1]小麦响应干旱胁迫的LEA蛋白组学分析及功能研究[D]. 李娜.西北农林科技大学 2019
[2]玉米转录因子ZmbZIP4功能的研究[D]. 马海珍.山东大学 2018
[3]小麦E3泛素连接酶TaSAP5的功能鉴定及调控途径解析[D]. 张宁.中国农业大学 2017
[4]拟南芥转录因子TGA7参与植物响应干旱胁迫的机制研究[D]. 吴娟娟.中国农业大学 2014
[5]小麦扩展蛋白基因TaEXPB23的功能分析[D]. 韩阳阳.山东农业大学 2014
[6]小麦干旱胁迫响应与LEA蛋白的蛋白质组学研究[D]. 张红梅.西北农林科技大学 2014
硕士论文
[1]TaNF-Y1和TaNF-Y2转基因小麦的抗旱性鉴定[D]. 孙希媛.西北农林科技大学 2017
[2]陆地棉expansin-like基因GhEXLB2在棉花抗旱中的功能研究[D]. 常丽.华中农业大学 2016
[3]北京地区部分景天属植物抗旱性及园林应用研究[D]. 冯黎.北京林业大学 2015
本文编号：3349806
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