荒漠植物霸王NO3-转运蛋白基因ZxNRT1.5的克隆及功能分析

论文摘要

干旱和因灌溉引起的土壤次生盐渍化严重威胁着我国北方地区的农牧业生产和生态环境建设。分布于荒漠地区极端干旱和盐渍环境中的旱生植物在长期适应其恶劣生存环境过程中,逐渐形成了一系列特殊的抗逆机制。深入研究这些植物适应干旱和盐渍生境的机理并挖掘其可利用的抗逆基因资源,将为优良牧草和农作物抗逆性的遗传改良提供重要的理论依据。霸王（Zygophyllum xanthoxylum）是主要分布于我国西北荒漠区的优势建群种,具有极强的耐盐抗旱及耐贫瘠的能力。课题组前期研究发现,霸王能将Na+有效区域化至液泡中作为有益的渗透调节剂来适应盐和干旱生境,同时Na+可促进霸王对N素的吸收而增强植株对干旱的抵抗能力,但盐处理和干旱胁迫下霸王体内N转运和Na+积累之间存在怎样的协同机制目前还不清楚。在盐和干旱胁迫下NO3-浓度显著下降、且耐盐抗旱能力十分有限的模式植物拟南芥（Arabidopsis thaliana）中的研究表明,参与介导NO3-向木质部的装载的NO3-转运蛋白AtNRT1.5可影响Na+的转运和空间分配,进而影响植株的耐盐性,同时还在植物的抗旱性中起着“负调控”的作用。然而,有关抗逆性极强的盐生、旱生植物中的NRT1.5同源蛋白在NO3-和Na+等离子转运及植株耐盐抗旱性中的功能仍不清楚。鉴于此,本论文以具有极强的耐盐抗旱能力、逆境下能大量吸收和积累Na+并维持NO3-稳定的荒漠旱生植物霸王为材料,克隆其NRT1.5同源基因,系统分析其表达模式和定位情况;通过在模式植物拟南芥中超表达分析了其在植物NO3-转运、Na+等离子积累以及植株抗逆性中的功能,取得如下主要结果:1.克隆了霸王NO3-转运蛋白基因ZxNRT1.5,全长共2277bp,编码597个氨基酸,其中包含了NRT家族特有的12个跨膜结构域;该基因主要表达于霸王根部,且表达量受盐处理和渗透胁迫的显著诱导,该表达模式与盐敏感模式植物拟南芥同源基因AtNRT1.5相反。2.In Situ PCR组织定位结果表明,ZxNRT1.5主要表达于霸王根系中柱组织,烟草表皮细胞瞬时表达结果显示其编码蛋白定位于细胞质膜。3.在模式植物拟南芥中超表达的研究表明,ZxNRT1.5不仅参与NO3-从根向地上部的转运,还可通过影响介导地上部Na+向木质部卸载的重要基因AtHKT1;1等的表达从而提高转基因拟南芥地上部Na+的积累;同时ZxNRT1.5超表达可能导致转基因拟南芥根系木质部薄壁组织细胞质膜的超极化,进而激活Cl-外排通道,从而提高了转基因拟南芥地上部Cl-的积累,最终影响拟南芥的耐盐性。4.ZxNRT1.5超表达可通过促进渗透胁迫下转基因拟南芥对NO3-的吸收和转运能力,同时可以使植株从Na+含量极低的介质中吸收低浓度的Na+作为有益的渗透调节物质,进而提高植株抵御渗透胁迫的能力。以上结果表明,霸王ZxNRT1.5可同时参与调控植物体内NO3-和Na+等离子的转运,从而影响其的耐盐抗旱性。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李晓婷

导师: 马清

关键词: 霸王,耐盐性,抗旱性

来源: 兰州大学

年度: 2019

分类: 基础科学,农业科技

专业: 生物学,生物学,林业

单位: 兰州大学

基金: 国家自然科学基金青年基金项目(31501994)

分类号: Q943.2;S793.9

总页数: 70

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标签：霸王论文;  耐盐性论文;  抗旱性论文;