玉米转录因子ABP9在转基因拟南芥ROS代谢平衡、ABA信号传导及非生物逆境耐受性中的功能分析

论文摘要

干旱、盐渍、低温等非生物逆境严重影响植物的生长发育和作物的产量。解析逆境下植物体内的基因表达及信号传导网络调控机制对于阐明植物的适应性反应及培育耐逆性作物具有重要的理论和现实意义。研究表明,非生物逆境刺激植物体内ABA和ROS的产生或积累,二者通过诱导气孔关闭和抗氧化等耐逆反应在植物的适应性信号传导途径中发挥重要作用;同时ROS过量积累会引起氧化逆境对植物造成伤害,因此其体内含量必须受到严格控制。本研究室前期工作通过酵母单杂交的方法分离得到与玉米过氧化氢酶cat1启动子区ABRE2顺式元件特异性结合的转录因子ABP9,并且证明其内源表达受ABA、H2O2和干旱、高盐等非生物逆境诱导。本研究以转35S-ABP9拟南芥为材料,通过分析转基因株系的耐逆性、ABA敏感性、体内ROS含量变化、逆境下的光合表现以及逆境相关基因的表达,探讨ABP9在植物非生物逆境应答反应中的功能。本论文工作取得的主要研究结果如下:1.组成型表达ABP9综合提高了转基因植物对干旱、高盐、低温和氧化逆境的耐受性。2. ABP9作为正调节因子参与ABA信号传导。组成型表达ABP9增强了转基因拟南芥在种子萌发、根伸长和气孔关闭等生理过程中对ABA的敏感性,导致转基因植株的蒸腾速率和气孔开度组成型降低,增强转基因植物脱水胁迫下的保水能力。3. ABP9参与ROS代谢调节,其表达增强植物的ROS清除能力。正常生长条件、盐胁迫以及ABA处理条件下,ABP9的组成型表达均显著降低转基因植株的内源ROS含量,并且不同转基因株系内ROS的含量与ABP9的表达水平呈负相关。另外,ABP9组成型表达导致气孔保卫细胞中ABA诱导的ROS相对于野生型在总体水平降低的同时能够有更大的上升幅度。4.组成型表达ABP9能够调节转基因植物逆境下改变其光合色素分子的组成、耗散多余的吸收光能、增强碳的利用效率、增加ABA含量、提高水分利用效率以及增强逆境条件下各种光合/逆境响应基因的表达,从而改善植物在逆境条件下的光合能力。本研究结果从光合生理的角度再度证明ABP9在提高植物耐逆性方面发挥重要作用。5.基因芯片和实时荧光定量PCR结果证明,一方面ABP9通过调节一系列ROS清除相关的抗氧化酶类基因（CSD1,CSD2,CAT3,PER27）和ROS信号传导相关的调节基因（Zat10,Zat12,SRO5）的表达,参与植物体内ROS代谢调节;另一方面ABP9还通过调节多种逆境/ABA应答相关功能基因（COR15a,KIN1,RD29B,AAA ATPase）和调节基因（CBF1,CBF2,AZF2,H1-3, PP2C,MYB2等）的表达,参与ABA信号传导和寒、旱、盐等逆境防御反应,从而提高植物耐受氧化逆境以及多种非生物逆境的能力。本研究结果为进一步解析非生物逆境/ABA信号传导ABP9途径的其它调控组分及其作用机制奠定了良好的工作基础,为利用ABP9通过分子育种手段综合提高作物对多种非生物逆境的耐受性提供了理论依据和优良的基因源。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 文献综述
• 1.1.1 植物非生物逆境信号传导途径
• 1.1.2 应用基因芯片技术研究非生物逆境下基因的表达谱
• 1.1.3 植物抗逆基因工程研究进展
• 1.2 研究背景、目的和意义
• 1.3 研究内容及技术路线
• 第二章 转ABP9 基因拟南芥纯合株系的耐逆性鉴定
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 材料
• 2.1.2 方法
• 2.2 结果与分析
• 2.2.1 转ABP9 基因拟南芥的耐旱性鉴定
• 2.2.2 转ABP9 基因拟南芥的耐盐性鉴定
• 2.2.3 转ABP9 基因拟南芥的耐寒型鉴定
• 2.2.4 转ABP9 基因拟南芥的氧化逆境耐性鉴定
• 2.3 讨论
• 第三章 转ABP9 基因拟南芥内源ROS 含量的分析
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 材料
• 3.1.2 方法
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 盐、ABA 处理后转ABP9 基因拟南芥体内ROS 含量的定性分析
• 3.2.2 盐、ABA 处理后转ABP9 基因拟南芥体内ROS 含量的ESR 定量分析..
• 3.2.3 转ABP9 基因拟南芥保卫细胞内ABA 诱导产生的ROS 含量分析
• 3.3 讨论
• 第四章 转ABP9 基因拟南芥的ABA 应答反应分析
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 材料
• 4.1.2 方法
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 ABA 对转ABP9 基因拟南芥种子萌发的影响
• 4.2.2 ABA 对转ABP9 基因拟南芥根伸长的影响
• 4.2.3 ABA 对转ABP9 基因拟南芥气孔开度的影响
• 4.2.4 脱水条件下转ABP9 基因拟南芥保水能力分析
• 4.3 讨论
• 第五章 干旱与高温胁迫下转ABP9 基因拟南芥的光合分析
• 5.1 材料与方法
• 5.1.1 材料
• 5.1.2 方法
• 5.2 结果与分析
• 5.2.1 干旱和高温胁迫下植物叶片光合气体交换的测定
• 5.2.2 干旱和高温逆境胁迫下植物叶片ABA 含量的测定
• 5.2.3 干旱和高温逆境胁迫下植物叶片叶绿素荧光参数的测定
• 5.2.4 干旱和高温逆境胁迫下植物叶片色素含量的测定
• 5.2.5 转ABP9 基因植物中逆境胁迫以及光合响应基因的表达分析
• 5.3 讨论
• 第六章 转ABP9 基因拟南芥的基因表达分析
• 6.1 材料与方法
• 6.1.1 材料
• 6.1.2 方法
• 6.2 结果与分析
• 6.2.1 Northern 检测ABP9 的表达
• 6.2.2 正常条件下ABP9 所调控表达的基因功能分析
• 6.2.3 盐逆境条件下ABP9 调控表达的基因功能聚类分析
• 6.2.4 逆境防御/ABA 响应基因的实时荧光定量PCR 分析
• 6.3 讨论
• 第七章 结论与创新点
• 7.1 主要结论
• 7.2 创新点及研究意义
• 参考文献
• 致谢
• 作者简历