谷子耐鹽相關基因SiNF-YA5和SiATG4的功能分析及調控途徑解析.pdf

1、鹽脅迫是影響作物生長及產(chǎn)量的主要非生物脅迫之一。谷子起源于中國，是抗逆性強的單子葉作物，因此，谷子已成為研究單子葉作物抗逆機制的理想材料。然而目前谷子抗逆功能基因組學研究剛剛起步，同時我國谷子資源極為豐富，所以從我國谷子品種中挖掘優(yōu)異抗逆基因對于作物抗逆分子育種研究具有重要的理論及實際意義。自噬現(xiàn)象廣泛存在真核生物內，自噬過程將細胞中變性或受損的細胞器和大分子降解后重新利用，維持細胞自身的代謝穩(wěn)定，對于抵抗逆境脅迫發(fā)揮重要功能。目前，關

2、于NF-Y類轉錄因子和自噬相關基因參與植物耐鹽反應的報道較少。本研究通過分析谷子高鹽脅迫轉錄組測序結果發(fā)現(xiàn)兩個高鹽脅迫響應基因，NF-Y類轉錄因子基因SiNF-YA5基因及自噬相關基因SiATG4基因，本研究對這兩個基因的基本特性、表達特性、生物學功能、調控途徑等方面進行了系統(tǒng)分析。主要研究結果如下：
　　1.谷子NF-Y類轉錄因子基因SiNF-YA5功能分析及調控途徑解析。
　　從抗逆性強的谷子品種龍谷25中克隆NF-Y類

3、轉錄因子SiNF-YA5，該基因全長924 bp，編碼307個氨基酸，分子量為33.76 kD。SiNF-YA5定位在細胞膜和細胞核中。表達模式分析結果證明，SiNF-YA5受高鹽、干旱、低氮等脅迫的誘導表達，對ABA處理不敏感。在擬南芥中過表達 SiNF-YA5基因，分別在萌發(fā)期及苗期對轉基因擬南芥的耐鹽性進行鑒定。鑒定結果顯示， SiNF-YA5轉基因擬南芥株系在高鹽脅迫下，在萌發(fā)期，萌發(fā)率和綠苗率都顯著高于野生型擬南芥（WT）（P

4、<0.01）；在苗期，SiNF-YA5轉基因擬南芥株系根系比WT更發(fā)達，轉基因擬南芥株系的根表面積（P<0.01）和植株鮮重（P<0.05）顯著高于WT，結果證明SiNF-YA5可以顯著提高轉基因植物的耐鹽性。高鹽脅迫響應相關基因表達分析結果證明，在高鹽脅迫下，SiNF-YA5轉基因擬南芥中，Na+/H+轉運蛋白基因( NHX1)和種子胚胎發(fā)育后期豐富蛋白基因( LEA7)表達量相比WT顯著提高，結果證明SiNF-YA5通過將細胞內過高

5、的Na+區(qū)域化隔離到液泡中或者保護蛋白活性等生理機制提高轉基因擬南芥的耐鹽性。SiNF-YA5轉基因擬南芥ABA處理實驗結果顯示，相比于 WT，在萌發(fā)期及苗期，SiNF-YA5轉基因擬南芥株系對 ABA處理均不敏感，結果證明， SiNF-YA5提高植物耐鹽性不依賴ABA信號途徑。
　　2.谷子自噬相關基因SiATG4特性及功能分析。
　　從抗逆性較強的谷子品種龍谷25中克隆自噬相關基因 SiATG4，該基因全長1443 bp

6、，編碼480個氨基酸，預測分子量為52.29 kD。SiATG4定位在細胞膜和細胞核中。表達模式分析結果顯示，SiATG4基因受高鹽、干旱等脅迫的誘導表達，同時響應ABA處理。在水稻中過表達SiATG4基因，分別在萌發(fā)期及苗期鑒定轉基因水稻的耐鹽性，鑒定結果顯示，SiATG4轉基因水稻種子在高鹽脅迫下，在萌發(fā)期，萌發(fā)率顯著高于野生型水稻（CK）；在苗期，在高鹽和PEG脅迫處理下SiATG4轉基因水稻相比CK更加健康，植株鮮重顯著高于CK