作者： 吴昊
作者单位：华中农业大学
摘要：柑橘是世界上栽培最广、产量最高的水果作物,其中甜橙所占的比例最大,年产量约为柑橘类水果总产量的60%。甜橙喜温不耐寒,因此低温是限制柑橘产量的主要环境因素之一。多胺是含有两个或两个以上氨基的脂肪族化合物,参与植物生长发育、组织分化、果实成熟与衰老以及抵抗生物和非生物胁迫等重要生理过程,在一定程度内,多胺在细胞中的积累量越多,其胁迫抗性越强。而在逆境胁迫下多胺合成酶基因表达量的上调是多胺在细胞中积累的前提,因此,研究多胺在低温下的调控机理和抗性机制对于增强甜橙抗性具有十分重要的作用。而在转录水平上的调控是高等植物基因表达的重要调控途径,因此分析多胺合成酶基因胁迫应答网络,鉴定多胺合成酶基因的转录调控因子能在植株抗逆遗传改良上起到至关重要的作用。本研究主要结果如下:1.甜橙多胺合成酶基因的鉴定及表达分析。在甜橙中共鉴定出了10个多胺合成酶基因,分别为精氨酸脱羧酶(ADC),亚精胺合成酶(SPDS1,SPDS2),精胺合成酶(SPMS),S-腺苷甲硫氨酸脱羧酶(SAMDC1,SAMDC2,SAMDC3,SAMDC4),热精胺合成酶(ACL5-1,ACL5-2)。它们分布在甜橙的6条染色体上。上述基因在根中表达量较高,在果皮和果实上表达量较低。在腐胺处理下,大多数多胺合成酶基因呈下调趋势;在亚精胺处理下,ADC,SPDS2,SAMDC4呈上调趋势,其余基因表达量下调;在精胺处理下则相反。在不同组织中和不同胁迫处理下多胺合成酶基因表达模式差别较大,SPDS1,SAMDC3和SAMDC4响应低温胁迫,SAMDC2,ACL5-2受脱落酸(ABA)处理的诱导,其余基因受高盐胁迫的诱导。而在叶片中,主要是ADC和SAMDC4响应低温胁迫。低温下不同甜橙组织多胺的变化模式也不同。甜橙叶片中腐胺上升最为明显,而愈伤中精胺上升显著。胁迫表达分析和腐胺含量的变化表明ADC是响应低温胁迫的主要基因。2.低温胁迫下CsCBF1诱导ADC基因表达和腐胺合成。CBFs转录因子在低温信号转导途径中扮演了重要作用。低温胁迫下,CBFs基因全部被诱导表达,其中CBF2,CBF3诱导倍数最高;高盐胁迫下,CBF3表达量上调;ABA处理后,只有CBF4表达量没有明显变化。在四个CBFs中,CBF1能与ADC启动子结合并能够诱导其表达。在甜橙和拟南芥CsCBF1超表达系中,ADC表达量升高,内源腐胺合成增多,低温抗性增强。实验结果表明CsCBF1在ADC基因表达和腐胺合成中扮演着正向调控因子的作用。3.干旱胁迫下PtrNAC72抑制ADC基因表达和腐胺合成。在前期实验中,以ADC的启动子为诱饵(bait),采用酵母单杂交技术从枳cDNA文库中筛选出了一个新的转录因子PtrNAC72。PtrNAC72定位在细胞核中,其相对不保守的C端具有转录活性。PtrNAC72能特异性地结合在ADC启动子上的CCGAC顺式作用元件,而且GUS染色证明PtrNAC72是一个转录抑制因子。在拟南芥nac72突变体中腐胺含量显著升高,恢复系中和野生型相似,但明显低于突变体。说明PtrNAC72能够抑制ADC基因的表达和腐胺的合成。PtrNAC72烟草超表达系脱水和干旱胁迫抗性降低,体内抗氧化酶活性降低,活性氧积累量升高。而超表达系在外施腐胺后,恢复了其内源腐胺含量和干旱胁迫的抗性。实验结果表明PtrNAC72在ADC基因表达和腐胺合成中扮演着反向调控因子的作用。在本研究中,在甜橙数据库中共鉴定了10个不同的多胺合成酶基因,通过表达量分析及低温下多胺含量的变化得出精氨酸脱羧酶ADC是响应胁迫的主要基因。随后分别鉴定了低温下能够诱导ADC基因表达和腐胺合成的转录因子CsCBF1和干旱下抑制ADC基因表达和腐胺合成的转录因子PtrNAC72。扩展了逆境下柑橘积累多胺的转录调控网络,为柑橘抗逆遗传改良提供了更多的基因资源。
关键词：甜橙 枳 多胺合成酶基因 ADC PtrNAC72 CsCBF1 转录调控
文献注录： 吴昊. 柑橘转录因子CsCBF1和PtrNAC72在调控精氨酸脱羧酶基因表达及抗逆中的功能鉴定 [D]. . 2017.
报/刊名：《》，发表于2017
文献类型： [D]
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