论文摘要
我国的干旱和半干旱耕地为5.7亿亩,占全国耕地面积的38%,另外还有5.54亿亩的盐渍化土地。低温冷害也严重限制着我国早春作物的种植和晚秋作物的收获。干旱、盐渍和低温等诸多非生物逆境已成为对作物危害最为严重的自然灾害。因此,理解非生物逆境信号在植物体内的传导途径和非生物逆境响应基因表达的调控机制以及通过基因工程手段提高植物的抗逆性在理论上和生产上具有重要的理论和实践意义。氧化逆境是干旱、盐渍、低温等非生物逆境危害植物的共同机制。在干旱、高盐、低温等逆境条件下植物体内ABA（Abscisic Acid）含量的升高,直接或间接的诱导大量活性氧（Reactive Oxygen Species, ROS）的产生,造成植物体内氧化逆境的形成。ROS本身化学性质十分活泼,对植物具有严重的伤害作用。为了降低伤害,植物体在长期的进化过程中形成了酶促与非酶促等抗氧化系统。但是逆境条件下植物抗氧化系统受诱导的能力不足,导致抗性提高幅度有限。因此,要提高植物抗逆性必须提高植物的抗氧化逆境的能力。作为植物内源抗氧化系统的一部分,玉米Cat1（Catalase1）基因对于清除体内过量ROS具有不可或缺的作用。本实验室的研究表明Cat1基因受ABA调控,已经鉴定了Cat1基因启动子应答ABA信号的顺式元件ABRE（ABA Responsive Element）并克隆了与之特异性结合的转录因子ABP9（ABRE Binding Protein 9）。由于许多抗非生物逆境相关基因的启动子区都含有ABRE顺式作用元件,因此,本研究的目的是以模式植物拟南芥菜为系统,通过转基因手段分析ABP9所调控一系列ABA逆境相关基因及抗氧化逆境基因的表达情况,鉴定ABP9在植物ABA和ROS信号转导反应中的功能。本论文的研究工作及得到的主要结果如下:1.将本实验室分离得到的反式因子ABP9构建成表达载体:植物稳定转化表达载体pBI121-35Sp-ABP9-NOSter和pCHF3-35Sp-ABP9Dominant Negative- NOSter;2.以模式植物拟南芥为材料,通过真空渗透转化法获得转ABP9和ABP9DN基因植株,分别获得62棵和41棵转化植株,T1代植株的PCR检测阳性率为75.8%和82.9%。3.以PCR阳性的转ABP9基因植株T3单株5#为材料,对ABP9基因及一系列ABA相关基因的表达情况进行RT-PCR检测。结果表明,ABP9在5P2、5P3中均有表达,其中5P3表达最强;同时实验证明:野生型作对照,ABP9能够下调ABA合成相关基因nced3、aba1的表达,而ABA调节基因abi1被下调。4.对转基因拟南芥ABA应答的调控分析,结果表明:过表达ABP9改变了拟南芥中ABA相关基因的表达,降低转基因拟南芥内源ABA含量,平均降幅为30%40%。却增强了转基因拟南芥萌发,根伸长和苗的发育对ABA的敏感性。这表明ABP9基因调控了拟南芥ABA信号途径的应答。5.对转基因拟南芥活性氧含量的分析结果表明,转ABP9基因的拟南芥ROS含量均比对照的ROS含量低,平均降低78.9%57.7%。说明转ABP9基因在一定程度上起到了清除植物体内源活性氧的作用。这些结果表明ABP9是一个联系植物ROS和ABA信号途径的bZIP类转录因子,可能在调控植物ABA和ROS信号途径相互作用过程中发挥作用。6.对转基因过表达拟南芥分析,结果表明ABP9在转基因拟南芥生长发育过程中起着重要的作用。综上所述,本论文的研究工作通过转基因手段,证明了转录因子ABP9对拟南芥ABA和ROS信号转导途径具有调控作用,为提高植物抗非生物逆境能力的基因工程提供了优良基因源。