两种短命植物抗旱性评价及其机理研究

论文摘要

新疆是农业大省,但是特殊的荒漠环境使农作物经常遭受干旱的影响。培育抗旱品种则成为解决该问题的关键途径之一。常规抗旱育种只是在相近种属之间利用杂交的方式获得抗旱性较好的品种,这种方式需要的周期较长,筛选的效率较低,所以常规育种方式极大地制约了抗旱基因的利用。通过基因工程手段来培育抗旱品种,可大大缩短育种周期,还能充分利用抗旱资源,极大程度地增加了农业育种效率,因此在植物抗旱育种工作中拥有更大的潜力。然而基因工程育种的关键问题是获得具有明显功能的基因。本研究对两种短命植物大蒜芥（Sisybrium altissimum L.）和线果芥（Conringia planisiliqua Fisch.et.Mey.）进行干旱胁迫后多项指标的鉴定和抗旱性分析,揭示其抗旱机理。从而找到与抗旱密切相关、作用明显的功能基因,最后克隆出与抗旱相关的基因。结果表明：1.大蒜芥和线果芥在种子萌发期耐受PEG-6000的临界浓度在15%-20%之间。幼苗时期,大蒜芥和线果芥的致死浓度均可达30%以上2.选择25%的PEG浓度对大蒜芥和线果芥幼苗进行干旱胁迫,测定脯氨酸、甜菜碱、丙二醛、超氧化物歧化酶、过氧化物酶和过氧化氢酶等多项生理生化指标。结果发现,这些指标在干旱胁迫之后均表现出明显的变化,对干旱胁迫有一定的响应。同时综合分析认为线果芥的抗旱性应强于大蒜芥。3.荧光定量RT-PCR实时监测大蒜芥和线果芥P5CS （pyrroline-5-carboxylic acid synthase）、POD （Peroxidase）、HRD （HARDY）等基因在干旱胁迫下的表达情况,并在对应胁迫时间测定脯氨酸含量和POD活性。结果显示：干旱胁迫后,二者的P5CS、POD及HRD基因较胁迫前均显著上调,与此同时二者的脯氨酸含量和POD活性表现出相应的增加现象或下降的反馈抑制现象。HRD基因在大蒜芥和线果芥中呈现不同程度的上调现象,大蒜芥SaHRD在胁迫8h时表达量最大,线果芥CpHRD在胁迫24h时表达量最大。4.根据NCBI上已经发表的拟南芥（Arabidopsis thaliana） HRD转录因子（NM129202.1）设计引物,通过PCR方法从大蒜芥和线果芥中克隆出HRD基因,分别命名为SaHRD和CpHRD。大蒜芥和线果芥HRD基因长度均为549bp,编码182个氨基酸。NCBI上进行BLAST比对发现,SaHRD和CpHRD与拟南芥HRD基因序列同源性分别为87%和86%,与拟南芥琴亚种Arabidopsis lyrata subsp.) HRD基因序列同源性均为87%：二者氨基酸序列与拟南芥的同源性均为79%,与拟南芥琴亚种的同源性为80%和81%。另外,还发现HRD基因编码的氨基酸序列中具有高度保守的AP2/ERF结构域。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 新疆短命植物的研究进展
• 1.1.1 新疆短命植物研究现状
• 1.1.2 新疆短命植物的特征
• 1.1.3 两种十字花科短命植物简介
• 1.1.4 短命植物的研究意义
• 1.2 植物抗旱性研究进展
• 1.2.1 干旱胁迫下植物的形态结构特征
• 1.2.2 植物抗旱途径
• 1.3 干旱胁迫诱导表达基因的蛋白
• 1.4 抗旱鉴定方法
• 1.4.1 形态指标
• 1.4.2 生长指标
• 1.4.3 生理指标
• 1.4.4 生化指标
• 1.5 本研究的目的和意义
• 第2章 抗旱材料及胁迫浓度的筛选
• 2.1 实验材料、试剂、仪器
• 2.1.1 短命植物材料
• 2.1.2 主要试剂
• 2.1.3 主要仪器
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 材料的培养及处理
• 2.2.2 形态指标和叶片相对含水量测定
• 2.3 结果与分析
• 2.3.1 几种短命植物种子抗旱性分析
• 2.3.2 干旱胁迫下大蒜芥和线果芥胚根、胚轴的变化
• 2.3.3 干旱胁迫对大蒜芥和线果芥苗期叶片的影响
• 2.4 讨论
• 第3章 干旱胁迫下大蒜芥和线果芥生理生化指标的测定
• 3.1 实验材料、试剂、仪器
• 3.1.1 短命植物材料
• 3.1.2 主要试剂
• 3.1.3 主要仪器
• 3.2 主要软件
• 3.3 实验方法
• 3.3.1 材料的培养及处理
• 3.3.2 形态指标和生理生化指标鉴定
• 3.4 结果与分析
• 3.5 讨论
• 第4章 大蒜芥和线果芥PSCS、POD、HRD基因在干旱胁迫中的表达变化
• 4.1 材料、试剂、仪器
• 4.1.1 材料
• 4.1.2 主要试剂
• 4.1.3 主要仪器
• 4.2 主要软件
• 4.3 主要实验方法
• 4.3.1 大蒜芥和线果芥叶片总RNA的提取（TRIzol法）
• 4.3.2 反转录（Fermentas试剂盒）
• 4.3.3 荧光定量RT-PCR
• 4.3.4 引物设计与合成
• 4.4 结果分析
• 4.4.1 P5CS、POD和HRD基因同源片段的克隆
• 4.4.2 RNA质量的检测
• 4.4.3 溶解曲线分析
• 4.4.4 P5CS、POD、HRD基因表达变化分析
• 4.5 讨论
• 第5章 大蒜芥和线果芥HRD基因的克隆及序列分析
• 5.1 材料、试剂、仪器
• 5.1.1 材料
• 5.1.2 主要试剂和酶
• 5.1.3 主要仪器
• 5.1.4 培养基的配置
• 5.2 实验方法
• 5.2.1 大蒜芥和线果芥HRD基因克隆的引物
• 5.2.2 大蒜芥和线果芥基因组DNA的提取
• 5.2.3 PCR
• 5.2.4 目的条带与载体（pMD18-T）连接
• 5.2.5 质粒和目的条带的酶切
• 5.3 结果与分析
• 5.3.1 大蒜芥和线果芥HRD基因的克隆及鉴定
• 5.3.2 大蒜芥和线果芥HRD基因的序列分析
• 5.4 讨论
• 5.4.1 大蒜芥和线果芥HRD基因的克隆
• 5.4.2 大蒜芥和线果芥HRD基因序列分析
• 第6章 全文总结
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 作者简介