·文章摘要·
胚胎發育晚期豐富蛋白(LEA)基因編碼一類高親水性蛋白,廣泛參與非生物脅迫應答行程。然而,現時大多數高等植物的LEA基因尚未被鑒定。本研究從枳中分離了LEA家族基因(PtrLEA7),並對其抗旱功能進行了研究。PtrLEA7全長420bp,編碼139個胺基酸。系統發育分析表明PtrLEA7蛋白屬於LEA_4亞家族。qPCR表達分析發現PtrLEA7的表達受到脫水、低溫和ABA處理的强烈誘導以及鹽脅迫的輕微誘導。亞細胞定位結果顯示PtrLEA7蛋白同時位於細胞質和細胞核內。為研究PtrLEA7基因的功能,分別獲得了烟草和枳PtrLEA7超表達轉基因植株。脅迫耐受性試驗結果顯示,與野生型相比,超表達系的脫水耐受性和抗旱性顯著增强,表明PtrLEA7正調控植株的抗旱性。此外,轉基因植株CAT、SOD和POD三種抗氧化酶基因的表達量及過氧化氫酶活性均較野生型顯著增加,活性氧積累减少。這些結果表明PtrLEA7增强抗旱性一定程度上是通過提高抗氧化能力來實現的。
關鍵字:生物脅迫,抗氧化劑,乾旱,胚胎發育晚期豐富蛋白,枳
·文章亮點·
1.從枳中尅隆了一個胚胎發育晚期豐富蛋白(LEA)家族基因PtrLEA7。
2.PtrLEA7的表達受到脅迫和ABA的强烈誘導。
3.PtrLEA7對耐旱性有正向調節作用。
4.PtrLEA7的超量表達提高了抗氧化能力。
Graphical abstract
研究背景
乾旱脅迫會使植物失水萎蔫,嚴重影響其正常生長和發育,長期乾旱會直接導致植物死亡,提高植物的抗旱性意義重大。發掘重要的抗逆基因是分子育種的基礎,研究乾旱響應基因並鑒定其在植物抗旱性中的作用具有重要的生物學意義。枳是柑橘中最重要的砧木品種,抗寒性和抗病性强,但抗旱性相對較弱,從枳中發掘重要的抗旱基因,研究其抗旱機制具有重要的意義。在前期研究中,我們對枳乾旱處理前後的轉錄組進行了測序分析,篩選到了一些乾旱響應基因。從這些基因中,我們發現一個LEA(late embryogenesis abundant)家族基因極顯著的受到乾旱脅迫誘導。囙此,為進一步深入研究該基因在乾旱脅迫響應中的功能,我們開展了本研究。
主要研究結果
1.PtrLEA7能够被多種脅迫誘導
實时螢光定量結果表明,PtrLEA7能够被脫水、低溫和鹽脅迫誘導,且能够被ABA處理誘導,表明PtrLEA7可能在多種非生物脅迫中發揮重要功能。
Fig.1PtrLEA7在不同處理下的表達分析
2.PtrLEA7正調控抗旱性
為進一步研究該基因在乾旱脅迫中的功能,我們將該基因分別在烟草和枳中超表達,成功獲得了超表達轉基因烟草和枳。通過乾旱或脫水處理,結果顯示超表達植株的抗旱性均顯著高於野生型植株,錶明超表達PtrLEA7可提高植物的抗旱性,PtrLEA7正調控抗旱性。
Fig.2超表達PtrLEA7可提高烟草的抗旱性
Fig.3超表達PtrLEA7可提高枳的抗脫水能力
3.PtrLEA7超表達枳抗氧化能力提高
三個抗氧化酶基因(CAT,SOD,POD)在超表達枳中的表達量顯著高於野生型,同時,CAT(過氧化氫酶)在超表達枳中的活性也顯著高於野生型。通過DAB和NBT染色,結果顯示脫水處理後超表達枳葉片中積累的活性氧顯著低於野生型。該結果表明超表達PtrLEA7可提高枳的抗氧化能力。
Fig.4PtrLEA7過表達轉基因枳植株的抗氧化能力和ROS積累分析
結論
本研究從枳中尅隆得到一個LEA家族基因(命名為PtrLEA7),該基因定位於細胞膜和細胞核中。PtrLEA7表達量受多種脅迫誘導,包括脫水、低溫和鹽脅迫。通過將該基因在烟草和枳中分別超表達,結果表明超表達PtrLEA7可提高抗旱性。進一步研究表明,超表達PtrLEA7抗旱性增强與其抗氧化能力的提升有關。
論文ID
Overexpression of PtrLEA7,a late embryogenesis abundant family gene from Poncirus trifoliata,confers enhanced drought tolerance by enhancing antioxidant capacity
柑橘砧木枳抗旱基因功能鑒定
期刊:Frontiers of Agricultural Science and Engineering(FASE)
作者:Tonglu WEI1,2,Dalong GUO2,Jihong LIU
通訊作者:Jihong LIU
圖片:liujihong@mail.hzau.edu.cn
1. Key Laboratory of Horticultural Plant Biology(MOE),College of Horticulture and Forestry Sciences,Huazhong Agricultural University,Wuhan 430070,China.
2. College of Forestry,Henan University of Science and Technology,Luoyang 471023,China.
原文刊載於【農業科學與工程前沿】公眾號
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