【摘 要】
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铁(Fe)是植物生长发育过程中所必要的矿质营养元素。铁营养的缺乏通常会导致作物体内叶绿素合成不足,叶片变黄,作物生长不佳,在极端情况下缺铁还可能导致作物完全减产,给农业生产带来了巨大的经济损失。S-腺苷甲硫氨酸合成酶(SAMS)是植物体内参与乙烯、多胺合成等过程中的重要酶,实验室前期已经从小金海棠(Malus xiaojinensis)中克隆S-腺苷甲硫氨酸合成酶基因MxSAMS2,并对MxSAM
【基金项目】
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国家自然科学基金(No.31372052); 四川省教育厅重点项目(No.10ZA057);
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铁(Fe)是植物生长发育过程中所必要的矿质营养元素。铁营养的缺乏通常会导致作物体内叶绿素合成不足,叶片变黄,作物生长不佳,在极端情况下缺铁还可能导致作物完全减产,给农业生产带来了巨大的经济损失。S-腺苷甲硫氨酸合成酶(SAMS)是植物体内参与乙烯、多胺合成等过程中的重要酶,实验室前期已经从小金海棠(Malus xiaojinensis)中克隆S-腺苷甲硫氨酸合成酶基因MxSAMS2,并对MxSAMS2缺铁条件下的功能进行了研究。结果表明:小金海棠在受到缺铁胁迫时MxSAMS2表达量增加。MxSAMS2基因转入模式植物拟南芥后,与野生型对比,转入MxSAMS2的植株表现出更强的抗缺铁能力;并且转入MxSAMS2基因的植株的叶绿素、鲜重、根长均优于野生型植株。但是,对于MxSAMS2参与缺铁胁迫应答的途径尚不清晰,本文以小金海棠为试验材料,克隆小金海棠MxSAMS2上游启动子,并对MxSAMS2上游启动子的功能元件进行分析,通过不同长度片段删切确定启动子核心区域,对其功能进行研究,试验取得的主要结果如下:1.通过PCR扩增MxSAMS2上游的启动子,将启动子克隆至植物双元表达载体p Cambia 1391Z中,构建重组质粒,命名为p Cambia1391Z-MxSAMS2-Promoter。测序结果显示MxSAMS2上游的启动子长度为2654 bp。通过农杆菌介导重组质粒注射烟草瞬时表达,发现MxSAMS2启动子能激活GUS基因表达,证明该段序列具有启动基因表达的功能。2.在Plant CARE和PLACE数据库进行的顺式作用元件的预测,启动子共包含107个顺式作用元件元件:植物激素类响应元件4个,生物胁迫相关类响应元件5个,非生物胁迫相关类响应元件27个,启动子结构必需元件71个。3.为了进一步对MxSAMS2启动子功能预测的结果进行验证,我们将含有启动子的重组质粒p Cambia1391Z-MxSAMS2-Promoter转化拟南芥,获得阳性苗。对转化启动子后的拟南芥幼苗外源施加0μM、50μM、100μM、150μM的脱落酸(ABA)。试验结果表明:随着脱落酸浓度的增高,MxSAMS2启动子驱动下游GUS表达的能力逐渐减弱。同样,对转化启动子后的拟南芥幼苗外源施加0μΜ、100μM、200μM、400μM的赤霉素(GA)和水杨酸(SA)处理,结果表明:MxSAMS2启动子对GA和SA没有响应。4.将MxSAMS2启动子从5’端进行删切:全长(-2654 bp)、片段1(-1630 bp)、片段2(-1190 bp)、片段3(-723 bp)、片段4(-342 bp),将各个片段分别融合GUS基因。将融合GUS基因的重组质粒通过农杆菌介导,在烟草中瞬时表达,发现除了片段4(-342 bp)外都检测到GUS活性;另外,为了观察上述5个片段的功能的稳定性,我们又将各个片段利用蘸花法转化到拟南芥中,筛选到拟南芥阳性苗,扩繁收获T1代种子。播种T2代阳性苗,将培养10d的幼苗进行GUS染色,试验结果与烟草瞬时表达结果一致,除了片段4(-342 bp)外,其他片段都能驱动GUS基因的表达。本文克隆到小金海棠MxSAMS2上游启动子,首先对启动子活性进行了GUS检测,并对其序列元件进行了分析和预测,另外选取了3种植物激素处理转基因苗拟南芥,观察植株对激素的响应情况,最后对启动子进行了删切,确定启动子的发挥功能的核心区域,研究结果为阐明小金海棠MxSAMS2基因响应缺铁胁迫调控机制奠定了基础,也为进一步培育稳定高效的抗缺铁基因育种工作提供了实验依据。
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