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苹果是我国栽培面积最大的经济树种,但缺铁黄叶病严重地影响了苹果的品质及其经济产量。因而研究和克隆缺铁胁迫相关基因将为进一步研究苹果吸收、转运铁的分子机理以及基因工程打下基础。
本试验以铁高效基因型植物—苹果属小金海棠(Malus xiaojinensis Cheng et Jiang)为材料,以缺铁处理(4μM Fe-EDTA)小金海棠根的eDNA为Tester,以正常供铁(40μM Fe-EDTA)根的cDNA为Driver,利用抑制性消减杂交(Suppression subtractive hybridization,SSH)的方法,构建了包含1152个克隆的小金海棠消减cDNA文库,通过PCR检测插入片段大小大约在300~1000bp之间。
为进一步确定阳性克隆,对构建的消减cDNA文库进行差异筛选,得到差异表达片段(ESTs)105个。其中50个EST<,s>与其它物种同源性较高,视为已知基因,并根据其功能分为9个组;23个是与已知EST<,s>重复的基因片段;另外32个EST<,s>在GenBank中无法查到对应的同源序列,可能代表了新基因。
在105个差异表达的EST<,s>中,其中有一个与编码番茄尼克胭酰胺合成酶基因有63%相似性,被用来做进一步的研究。利用RACE方法克隆得到了该基因的全长,命名为MxNasl,GenBank登录号为DQ403256,该基因全长1305bp,开放阅读框为975bp,编码325个氨基酸。
Northern杂交结果显示,MxNasl,基因在缺铁和正常供铁条件下的小金海棠根和叶中均表达,但是在根中的表达量要明显高于叶中的表达量。缺铁处理5天后,MxNas,基因在根中的表达没有明显升高,10天到15天表达增强。而同样缺铁处理的叶片,直到15天表达仍然没有明显变化。
为了研究.MxNasl,基因的功能,构建了小金海棠MxNasl基因正义和反义两种表达载体,并用农杆菌介导的叶盘转化法转化了烟草及番茄突变体(Chloronerva)。获得的转基因番茄能够互补突变体的表型,即叶脉及脉间复绿;对转基因烟草进行不同浓度铁处理14天后,转正义载体烟草在缺铁情况下叶片没有黄化,表现山了较强的抗缺铁能力;转反义载体植株比对照烟草幼叶提前出现黄化现象,表现了更加不耐缺铁。另外,转正义载体烟草还出现了早开花现象。
对不同浓度铁处理14天后的转基因烟草Fe、Mn、Cu、Zn含量的测定结果表明:无论哪种铁浓度处理,转正义载体烟草叶中Fe、Mn、Cu、Zn的含量比对照均有所提高,根中则提高不明显;转反义烟草叶中除了Mn的含量有所降低外,Fe、Cu、Zn的含量与对照相比无明显差异。