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莲种子长寿,且能耐受极端高温(90℃,24h)而保持生活力,可见莲种子具有极强的防御损伤系统和损伤修复系统,莲为种子寿命关键基因克隆和改良作物种子寿命提供了极好的基因资源。开展莲种子长寿关键基因(包括控制防御损伤系统和损伤修复系统的关键基因)的克隆和功能研究,对于阐明种子寿命的分子机理,将莲种子长寿的关键基因转化到水稻、小麦、玉米和大豆等重要作物,使重要农作物种子寿命在常规贮藏条件下提高数年或数倍,具有重大的理论意义和应用前景。
分析发育中期莲胚轴cDNA文库1968条ESTs(EE985570-EE987538)和142℃热处理2h的萌发莲胚轴cDNA文库359条ESTs(EH13358-EH13717)。在这两个文库中存在多种抗氧化相关基因,主要有3种金属硫蛋白(MT2a、MT2b和 MT3),2种SOD(Mn—SOD和Cu/Zn-SOD),6种过氧化物酶(cationic peroxidease、 peroxidase、1-cys peroxiredoxin,thioredoxin—dependen peroxidase、glutathione peroxidase和chloroplast thylakoid.bound ascorbate peroxidase),5种小分子热激蛋白(HSP21、HSP19、HSP10、HSP15.7和HSP18)以及6种大分子热激蛋白基因(HSP90、Hsp90-1、DnaJ homolog protein、Grp94、HSP82和HSP70)。另外,克隆了HSP21、HSP10、Late embryogenesis abundant protein D-34和Late embryogenesis abundant protein Lea14-A等重要抗性基因的cDNA全长序列。
利用半定量RT—PCR初步鉴定HSP21、HSP10、HSP15.7、HSP18、DnaJ、HSP19、MT2a、MT2b、MT3、Mn-SOD、Cu/Zn-SOD以及APX这些抗氧化相关基因在高温老化莲种子萌发过程中的表达情况。结果发现NnHSP21基因在各个萌发阶段,高温老化处理莲种子的表达量要显著大于对照,推测在萌发过程中,高温老化引起的NnHSP21基因表达量的增加可以保护蛋白质免遭损伤或修复已损伤的蛋白质而起到保护作用。