论文部分内容阅读
玉米是世界上主要的食物和饲料来源。然而,玉米种子蛋白质缺乏赖氨酸和色氨酸两种必需氨基酸,长期食用这些营养缺陷的食物,将会导致生长缓慢、疾病等不良症状,甚至死亡。因此,改善玉米种子蛋白质的营养品质就显得尤为重要。本研究从陆地棉(Gossypium hirsutum L.)基因组中克隆了一个高赖氨酸蛋白(Gossypium hirsutum L. lysine rich protein, GhLRP)基因,该基因包含了一个588bp的开放阅读框,无内含子,编码蛋白含195个氨基酸,赖氨酸含量为18.97%(w/w),功能未知。通过农杆菌介导将该基因在谷子种子特异性启动子F128的驱动下转入玉米杂交组合08×178的幼胚中,得到了156株阳性植株,分别来自88个不同的转化事件。其中40个转基因株系的T1代种子的赖氨酸含量与野生型相比,有不同程度的提高,幅度为16.2%-65.0%。差异显著性分析显示,40个株系中,26个转基因株系的赖氨酸含量提高显著。对转基因玉米种子总蛋白含量分析,结果显示除6个株系外,其余株系的总蛋白含量与野生型相比,几乎没有变化。我们选择了赖氨酸和蛋白含量均较高的3个转基因株系的T2、T3以及T4代材料进行跟踪研究,结果显示高赖氨酸的特性在后代中可以稳定遗传。种子油分、淀粉含量以及农艺性状在转基因玉米与对照之间没有明显的差异。以上研究结果表明,GhLRP在改善玉米赖氨酸含量上具有一定的应用潜力。我们还从谷子(Setaria italica) cDNA文库中克隆了Remorin6(Setaria italica Remorin6, SiREM6)基因,该基因的开放阅读框长为639bp,编码的蛋白属于Remorin蛋白家族,含212个氨基酸,赖氨酸含量为18.99%(w/w)。SiREM6在体外能自聚成类似于纤维状的结构。SiREM6在谷子的根、茎、叶和花序中均有表达,而且在不同程度上受到ABA、盐和冷胁迫诱导表达,但几乎不受PEG诱导表达。为了研究SiREM6的功能,将其转入拟南芥,对在盐处理下的T3代转基因和野生型拟南芥的萌发期、幼苗期和苗期表型及相关的生理指标进行分析,结果显示SiREM6均能提高转基因拟南芥对于盐胁迫的耐受力。进一步,对SiREM6启动子分析发现,该启动子包含了两个干旱响应元件(dehydration responsive elements, DREs)和一个ABA响应元件(ABA responsive element, ABRE)。凝胶阻滞(electrophoresis mobility shift assay, EMSA)体外分析显示,谷子响应ABA的DRE结合蛋白(Setaria italica ABA-responsive DRE-binding protein, SiARDP)能与这两个DRE元件结合,而ABRE结合蛋白(Setaria italica ABRE-binding protein1, SiAREB1)不能结合SiREM6启动子区的ABRE元件。这些结果说明,在盐胁迫下,SiARDP很可能是通过结合在SiREM6的启动子区来调节SiREM6转录水平。为了评价SiREM6在提高玉米的抗盐能力和玉米种子赖氨酸含量方面的应用价值,将SiREM6分别在CaMV35S启动子和种子特异性19-kDa α-zein启动子的驱动下,通过农杆菌介导分别转入玉米自交系178和杂交组合08×178的愈伤组织中,目前,转化材料正处于分化阶段。本研究克隆了2个高赖氨酸蛋白候选基因,为玉米品质改良储备了基因资源。