玉米幼苗四個水份脅迫響應(yīng)基因在不同耐旱自交系中的表達(dá)分析.pdf

1、為了深入研究玉米耐旱的分子機(jī)理，本研究用一耐旱玉米自交系“81565”，構(gòu)建了水份脅迫下玉米幼苗差異表達(dá)mRNA的cDNA文庫，并篩選鑒定了其中5個EST序列。其中兩個是玉米的類胰蛋白絲氨酸蛋白酶基因(tryspin－likeserineproteases，DegP)和不依賴輔助因子的磷酸甘油酸變位酶基因(cofactor-independentphosphoglyceratemutase，PGAM-i)，一個基因編碼具有NADH脫氫酶

2、活性的還原酶，兩個功能未知，這里命名為E4和F4。類胰蛋白絲氨酸蛋白酶(DegP)廣泛參與生物耐熱激反應(yīng)和高等植物中的光抑制修復(fù)反應(yīng)。擬南芥物種的AtDegP1，AtDegP5，AtDegP8和AtDegP2蛋白通過降解氧化變性的D1蛋白，而恢復(fù)PSII的光合作用。耐鹽植物冰草(Mesembryanthemucrystallinum)中，磷酸甘油酸變位酶基因(PGAM-i)的表達(dá)響應(yīng)多種非生物逆境脅迫?；駿4的編碼蛋白是含有DUF6和

3、TPT結(jié)構(gòu)域的膜整合蛋白。為了研究DegP，PGAM-i，E4和F4這4個基因如何響應(yīng)水份脅迫，本實(shí)驗用實(shí)時定量PCR技術(shù)對4個基因在水份脅迫下(20％PEG處理)的6個玉米自交系中的表達(dá)進(jìn)行了分析。6個玉米自交系“81565”，“87-1”，“丹340”，“R09”，“200B”，“ES40”具有不同的田間耐旱性。DegP基因在植物的抗熱激和PSII光合抑制修復(fù)中起到重要作用，為近一步研究此基因在玉米耐旱中的作用和對產(chǎn)量的影響，克隆了

4、玉米的DegP基因，并作了初步的生物信息學(xué)分析。主要的研究結(jié)果如下： 1.用耐旱自交系“81565”和抑制差減雜交，反式Northern技術(shù)分離鑒定了玉米幼苗水份脅迫條件下上調(diào)表達(dá)的5個EST序列，其中三個分別是編碼DegP，PGAM-i，NADH還原酶的基因，兩個功能未知。 2.自交系“81565”中DegP，PGAM-i，E4和F4基因的表達(dá)響應(yīng)水份脅迫。正常生長條件下，DegP，PGAM-i，E4和F4基因都有一定

5、量的表達(dá)。在PEG處理的6h時，水份脅迫抑制了4個基因的表達(dá)，它們的表達(dá)量都低于脅迫處理前的表達(dá)量。隨著脅迫處理時間的延長，4基因的表達(dá)量開始上升。在脅迫12h時，PGAM-i基因的相對表達(dá)量達(dá)到了處理前的1.4倍。在脅迫24h時，DegP基因的相對表達(dá)量是處理前的0.6倍；E4基因是處理前的1.2倍，F(xiàn)4基因是處理前的1.6倍。水份脅迫處理下，PGAM-i，E4和F4基因的表達(dá)都上調(diào)了。 3.水份脅迫下，6玉米自交系中4基因的

6、表達(dá)模式有相似和不同。耐旱自交系“87-1”和“R09”4基因的表達(dá)模式和“81565”自交系的相似。耐旱自交系“200B”中DegP基因的表達(dá)受到抑制，水份脅迫24h時，PGAM-i基因的表達(dá)量被誘導(dǎo)到處理前的6倍，E4被誘導(dǎo)到2.6倍，F(xiàn)4基因被誘導(dǎo)到2倍。不耐旱自交系“丹340”中DegP和E4基因被下調(diào)表達(dá)，PGAM-i基因的表達(dá)在脅迫24h時得到恢復(fù)，F(xiàn)4基因受脅迫誘導(dǎo)上調(diào)表達(dá)。不耐旱自交系“ES40”4基因的表達(dá)都受水份脅迫

7、抑制，表達(dá)量一直降低。這從分子水平也反映出“ES40”自交系的弱耐旱性。 4.克隆了玉米自交系“87-1”中的DegP基因，發(fā)現(xiàn)其存在缺失突變，并分析了DegP基因此位點(diǎn)的序列多樣性。生物信息學(xué)分析發(fā)現(xiàn)玉米基因DegP和擬南芥的AtDegP8基因同源性非常高，二者間氨基酸序列的相似性是66％。分析同時發(fā)現(xiàn)玉米基因組中存在一個和AtDegP1基因同源性較高的DegP家族的另一成員，二者N端氨基酸序列比較，其一致性是53％。

8、 本文的研究結(jié)果表明，玉米中DegP，PGAM-i，E4，F(xiàn)4基因的表達(dá)響應(yīng)水份脅迫，它們的表達(dá)對增加玉米的耐旱性有著重要作用。6個自交系間的比較分析顯示了它們在干旱脅迫下對4個基因的不同調(diào)控模式。其中三個耐旱自交系“81565”，“R09"，“87-1”對4個基因的上調(diào)表達(dá)顯示了其在水分脅迫時，它們更迅速的調(diào)控能力。自交系“ES40”在水份脅迫下4個基因的表達(dá)一直受到抑制，這和它的弱耐旱性一致。 高等植物的DegP基因家族廣泛

9、參與了植物的耐熱激反應(yīng)和光抑制修復(fù)反應(yīng)。由于玉米DegP基因和AtDegP8基因的蛋白序列相似性很高，推測玉米的此基因為AtDegP8的同源基因。擬南芥的AtDegP1，AtDegP5，AtDegP8蛋白位于葉綠體內(nèi)囊體內(nèi)腔中，它們和位于內(nèi)囊體基質(zhì)的AtDegP2蛋白，及FtsH蛋白一起修復(fù)光抑制反應(yīng)，恢復(fù)光合反應(yīng)正常進(jìn)行。這些結(jié)果顯示DegP基因家族對提高玉米物種的耐旱性有重要作用，它們對逆境脅迫下的產(chǎn)量也有重要影響。 玉米D