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甲硫氨酸是一种必需氨基酸,哺乳动物体内不能自身合成,它的含量经常限制农作物的营养价值。甲硫氨酸除了在蛋白质合成和起始mRNA翻译中发挥重要作用外,也间接参与调节许多细胞代谢过程。在动物体内,甜菜碱在甜菜碱高半胱氨酸-S-甲基转移酶的催化作用下生成甲硫氨酸,目前植物中尚未发现此酶。在植物中,甲硫氨酸不仅是主要细胞代谢产物,而且作为S-腺苷甲硫氨酸合成酶(SAMS)的底物合成S-腺苷甲硫氨酸(SAM)。SAM是生物内主要的甲基供体,参与生物体内的初级代谢和次级代谢,如合成脂质、DNA、RNA、蛋白质、生物碱、植物甾醇类、叶绿素,木质素和软木脂等。因此本研究分析了转化SsBHMT基因拟南芥的抗逆性和玉米SAMS基因的表达,为研究植物体内甲硫氨酸的合成与代谢机制、提高植物的抗逆性提供理论依据。具体试验结果如下:
1.转SsBHMT基因拟南芥的RT-PCR结果显示,3个样品均出现和预期结果一致的特异性扩增条带(1224bp),而非转化植株无扩增条带,表明SsBHMT基因在转化植株体内有效表达。
2.甘露醇和盐胁迫条件下,转基因拟南芥的种子萌发率优于野生型。100mmol／L甘露醇胁迫下转基因型种子相对萌发率的平均值是野生型的1.6倍；100mmol／L NaCl胁迫下转基因型种子相对萌发率的平均值是野生型的2.6倍。正常条件和甘露醇胁迫下,转基因幼苗的主根长度大于野生型,侧根较多。干旱胁迫下,转基因拟南芥幼苗死亡率也显著低于野生型。叶绿素含量测定显示,盐胁迫下,转基因植株的叶绿素含量随盐浓度的增加始终高于野生型。另外,丙二醛(MDA)含量和超氧物歧化酶(SOD)活性测定表明,高浓度NaCl处理下的转基因拟南芥呈现出较高的SOD活性。随着NaCl浓度的增大,野生型植株的MDA含量呈现显著上升趋势,转基因植株呈现先上升后下降的趋势,这与SOD活性趋势相反。上述结果证明了SsBHMT基因的导入提高了拟南芥的抗逆性。
3.玉米SAMS基因4个家族成员在正常生长和盐胁迫条件下都表达,对照根茎中的表达量大于叶中。SAMS1受盐胁迫后,茎中表达量降低,而叶中表达量略有增加,根中无明显变化。SAMS2和SAMS4受盐胁迫明显诱导。SAMS3似乎不受盐胁迫诱导,处理植株与对照株相比均无差异。
4.亚硫酸氢盐法测定具有亲缘关系的玉米材料H04-36、Y52叶片中SAMS基因启动子区域的甲基化状态,分析结果显示H04-36和Y52的都未发生甲基化。