苜蓿HD-Zip转录因子基因Mfhb-1对烟草和小麦的遗传转化及抗旱性研究

来源 :河南科技学院 | 被引量 : 1次 | 上传用户:dzluzd2009
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苜蓿Mfhb-1基因是在苜蓿体细胞胚胎发生初期通过扣除杂交而获得的,属于同源异域型-亮氨酸拉链蛋白(Homeodomain-leuzine zipper protein,HD-Zip)Ⅰ类转录因子基因。目前常见的转录因子(Transcription factor)是指能够与基因某些顺式作用元件结合,进而在转录水平对植物进行生物调节的特定蛋白。前人研究结果表明,同源异型-亮氨酸拉链(HD-Zip)蛋白是高等植物特有的一类转录因子,主要参与植物对逆境胁迫的应答反应、胚胎发育的调控以及光形态建成等植物生理进程。为探明Mfhb-1基因在植物逆境胁迫下的生物调控功能,本研究利用农杆菌介导法将苜蓿Mfhb-1基因分别转入了NC89野生型烟草和矮抗58小麦,对转基因烟草和小麦进行分子生物学鉴定,并在干旱胁迫条件下测定烟草的SOD和POD活性、MDA含量、叶绿素含量等生理生化指标,主要研究结果如下:(1)利用根癌农杆菌介导法完成Mfhb-1基因对烟草的遗传转化,通过侵染、共培养、脱菌、筛选等过程获得转基因烟草植株,并对遗传转化过程中烟草的抗性愈伤组织进行数量统计,确定了农杆菌介导法对烟草遗传转化的最适条件:侵染液OD600值为0.61,侵染时间为20 min。(2)对T2代转苜蓿Mfhb-1基因烟草进行筛选,以Hyg外源喷雾和PCR检测结合的方式获得了10株T3代纯合转Mfhb-1基因烟草株系。(3)对获得的T3代纯合烟草进行RNA提取并进行反转录,对反转录生成的c DNA进行RT-PCR检测,结果显示,转基因烟草植株和阳性质粒DNA均能扩增出200 bp长度目的条带,说明Mfhb-1基因在烟草中已经表达。(4)对转入苜蓿Mfhb-1基因的烟草植株进行不同时间的干旱胁迫,再进行干旱胁迫下烟草植株的表观形态观测以及多项生理指标测定,结果显示:(1)正常生长条件下,两种类型烟草的表观形态无明显差异,随着干旱胁迫时间的持续,野生型烟草植株呈现出较大的负面影响变化,包括叶片变黄、叶片卷曲度改变、茎干干枯等,转Mfhb-1基因烟草植株表观形态改变与野生型植株相似,但改变程度远不及野生型烟草,20 d干旱胁迫条件下,仍呈现较好的生长态势。(2)转Mfhb-1基因烟草的SOD活性在正常以及干旱胁迫下均显著高于野生型烟草,干旱胁迫20 d时活性最高;正常生长条件下,两种类型烟草的POD活性无显著差异,但在干旱胁迫条件下,转基因烟草POD活性提高量显著高于野生型烟草,干旱胁迫20 d时,其活性提高37.11%。(3)野生型及转Mfhb-1基因烟草植株含水率在正常生长条件下无显著差异,均在80%以上;干旱胁迫15 d条件下,两种类型烟草的含水率均有所下降,但此时两者的含水率差别较小,无显著差异;干旱胁迫20 d时,两者含水率持续下降,且转基因烟草在此时的含水率显著高于NC89野生型烟草;与烟草含水率相反,两种类型烟草的MDA含量在正常生长条件下无显著差异,处于同一水平含量,但干旱胁迫时间为15 d时,转基因烟草MDA含量已显著低于野生型烟草。(4)转基因烟草的可溶性糖和pro含量在正常生长条件下与野生型烟草无显著差异,但可溶性蛋白含量显著高于野生型烟草;干旱胁迫15 d条件下,转Mfhb-1基因烟草的Pro、可溶性糖、可溶性蛋白含量均显著高于野生型烟草,且pro含量差异性最大;干旱胁迫20 d时,转基因烟草的可溶性蛋白及可溶性糖含量显著高于NC89野生型烟草,但两者pro含量无明显差异。(5)处于正常生长条件下时,两种类型烟草的叶绿素含量无显著差异,均处于一个正常水平;干旱胁迫时间达到15 d时,两者的叶绿素含量均明显下降,且转基因烟草的叶绿素含量显著高于NC89野生型烟草;随着干旱胁迫时间的延长,两种类型烟草的含量持续下降,而转基因烟草叶绿素含量一直高于野生型烟草。(6)这些研究结果表明,无逆境胁迫条件存在的情况下,Mfhb-1转录因子不会对植物的生长生理状态产生影响,外源干旱胁迫出现后,Mfhb-1转录因子能够提高植物的保护酶类的活性,同时以增加渗透调节物质含量的形式增强细胞渗透势来提高细胞吸水性,从而减缓植株含水率的降低,暗示着Mfhb-1基因的表达可能受到外源干旱胁迫条件的诱导。(5)通过根癌农杆菌介导法和抽真空法相结合的形式对小麦进行Mfhb-1基因遗传转化,利用潮霉素对小麦萌发以及生长期间进行初步筛选,初步筛选出对Hyg具有抗性的小麦植株,再对筛选出的小麦进行PCR检测,琼脂凝胶电泳结果显示,转基因小麦植株以及大肠杆菌质粒DNA均出现了1300 bp长度的清晰条带,可以进一步确认Mfhb-1基因已成功转入小麦中去。(6)对经PCR鉴定为阳性的小麦植株进行数量统计,结合对小麦进行遗传转化时的不同条件,得出小麦遗传转化成功率最高时,侵染液OD600值为0.41,真空状态持续时间为30 s时,转化成功率为2.4%。综上所述,本研究初步明确了Mfhb-1基因的抗旱功能,通过对转基因烟草的多个生理指标测定发现,与野生型烟草植株相比,导入Mfhb-1基因的烟草在正常和不同干旱胁迫时间的情况下,SOD、POD、MDA含量、Pro含量等生理指标均有不同程度的变化,变化情况均指向抗旱性增强,为进一步研究HD-Zip转录因子的功能以及作用机理提供了理论依据和实验支撑。此外,通过以抽真空法作为辅助手段的根癌农杆菌介导法成功将苜蓿Mfhb-1基因导入了小麦中去,为进一步研究单子叶植物的转基因技术提供参考。
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