论文摘要
据不完全统计,全世界的陆地面积中约有三分之一是干旱、半干旱土地,且该比例有逐年上升的趋势。干旱对全球农作物产量的影响在诸多自然逆境中居首位,其危害相当于其它自然灾害之和。因此,植物耐早机理相关研究及探索如何提高植物抗旱能力长久以来都是科学家关注的热点之一。从分子水平上阐明植物抗旱性的物质基础及其生理功能,从而通过基因工程方法创造耐旱新品种是植物抗旱性研究的一个重要领域。干旱胁迫对植物的影响广泛而深刻,可以影响到从种子萌发、营养生长和生殖生长,一直到开花结实；同时干旱还能影响到植物的诸多生理代谢过程,如光合作用、呼吸代谢、水分和营养元素的吸收转运、各种酶的活性和有机物质的转化、运输和积累等。植物抗逆生理上的适应主要有生物膜结构与功能的适应、渗透物质调节、抗氧化作用等等,而在分子水平则诱导了耐旱相关基因的表达。目前已知的,可以增强植物耐旱性的糖类物质主要是一些可溶性糖类,包括海藻糖、蔗糖、棉子糖系列寡糖及糖蛋白等,其抗旱作用机理主要是参与渗透调节、保护生物膜系统、清除氧自由基以及通过参与抗旱信号转导途径来调控相关基因的表达等。GalE基因来源于大肠杆菌,该基因编码UDP-galactose-4-epimerase （EC5.1.3.2）,该酶在正常的代谢途径中催化由UDP-葡萄糖向UDP-半乳糖的可逆转换。本工作以转galE基因T3代烟草作为研究材料,包括转正义基因和转反义基因株系,探讨了galE基因在提高烟草耐旱性方面的作用及其可能的作用机理。PCR及RT-PCR实验结果表明,galE基因稳定存在于转基因烟草中,并活跃表达。对转基因烟草在种子萌发阶段和幼苗期分别进行干旱胁迫处理,测定其抗旱相关的生理生化指标及该基因的表达变化,得到的主要实验结果如下：在含有相同浓度甘露醇的培养基上,转正义基因的烟草植株的种子萌发率高于转反义基因植株和未转基因对照植株。幼苗在200 mM和250 mM甘露醇的胁迫条件下培养,转正义基因株系的小苗可表现出比较明显的生长优势,并在根长和生物量方面都要显著优于转反义基因及对照株系小苗,表明转基因烟草中galE基因的表达提高了烟草种子萌发阶段及苗期的耐旱性。对9-11叶期的烟草植株进行干旱胁迫处理,分别于处理前、轻度萎蔫、重度萎蔫和恢复浇水后取材,分析目的基因的表达及其产物的变化情况,并测定光合作用相关参数、膜损伤参数、抗氧化保护酶系等生理指标。对galE基因的表达及表达产物活性进行检测,实验结果表明,干旱处理后galE基因表达活性随着萎蔫程度的加强而增强,且表达产物也表现出同样的趋势,表明该基因的表达与耐旱性紧密关联。进一步对胁迫前后植株进行光合系统参数分析,在光系统Ⅱ没有受损的情况下,正义株系L54在气孔导度、胞间CO2浓度及蒸腾作用等方面的指标都显著优于反义株系L23及对照株系WT；同时叶绿素含量也不断下降,光合速率和叶绿素含量导致光合功能衰退过程中,碳同化效率和光能转化效率失衡,使多余电子传递给氧而形成活性氧；比较三个株系的抗氧化保护酶系统中SOD和POD的活性,结果表明,株系L54的两个酶活性都有比较显著的优势,在主要的抗氧化保护酶SOD活性方面优势尤其明显,说明该基因在干旱胁迫条件下对烟草的抗氧化保护起到积极的作用；进一步的膜损伤测定结果表明,株系L54的离子渗漏要显著小于株系L23及WT的,产生的过氧化产物丙二醛也显著少于株系L23及WT的；在干旱胁迫下,植株脯氨酸含量有很大幅度的升高,株系L54的脯氨酸含量与未处理相比提高10.70倍。综合渗透势的变化及糖分含量的测定结果,可以确定L54株系在受到干旱胁迫后,通过维持细胞渗透势来抵抗干旱的能力要显著强于L23及WT株系。通过以上对干旱胁迫下转基因植株的基因表达及生理生化指标的分析可知,galE基因的正义表达能够提高转基因烟草植株的抗旱能力,推测其可能的作用机理是：galE酶催化生成的产物参与到渗透保护物质蔗糖的生物合成中；蔗糖进一步参与到半乳糖肌醇及棉子糖的合成过程中,半乳糖肌醇和棉子糖一方面可作为渗透调节因子发挥作用,另一方面可能起到保护植物细胞免受非生物胁迫引起的过氧化物分子的攻击；蔗糖还可能参与到了烟草的干旱胁迫应答反应中。
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相关论文文献
- [1].galU和galE基因敲除对副猪嗜血杆菌脂寡糖分子质量的影响[J]. 动物医学进展 2013(11)
- [2].副猪嗜血杆菌5型galE基因缺失株HPS-YA-008ΔgalE的构建及鉴定[J]. 中国兽医科学 2017(02)
- [3].数字人文与英国报刊史研究——以“Gale原始档案数据库”为核心[J]. 新闻研究导刊 2019(05)