bZIP44基因在植物缺铁响应中的作用研究

论文摘要

铁是人类、动物和植物生长所必需的微量元素,铁在土壤中的溶解度较低,尤其在碱性土壤中的含量更低,但是全球约三分之一的土壤都是碱性土壤,所以植物缺铁问题是全球性的。植物是人类和动物主要的膳食来源,植物缺铁导致人类和动物无法摄取到足够的铁元素,正常的生理活动无法完成,容易导致抵抗力的下降,增加缺铁性贫血的发病率。本论文主要研究拟南芥bZIP44转录因子在植物缺铁胁迫响应中的作用,以期为分子育种改善作物矿质营养提供科学依据。主要研究结果如下:（1）对bZIP44基因的组织特异性表达进行分析,发现bZIP44基因在拟南芥花中的表达量最高。在缺铁胁迫下,bZIP44基因被诱导表达,推测bZIP44基因可能参与植物缺铁胁迫应答反应的调节。（2）鉴定了bzip44纯合突变体植株。对其表型分析发现,在正常情况下,bzip44突变体和野生型生长状况无明显差异。然而,在缺铁胁迫下,与野生型相比,bzip44突变体表现更加敏感,表明bZIP44基因可能正向调节植物缺铁胁迫应答。（3）对野生型和bzip44突变体根和茎中的铁含量及其根茎比例进行分析,结果表明,在正常生长条件下,野生型和bzip44-1突变体根中的铁含量无显著差异,而野生型茎中的铁含量明显高于bzip44-1突变体;在缺铁胁迫下,野生型和bzip44-1突变体根中铁含量均降低,但bzip44-1突变体根中铁含量较野生型降低更多;然而,在茎中,野生型铁含量较正常条件升高,但bzip44-1突变体茎中的铁含量较正常条件无显著性差异;在缺铁条件下,野生型和bzip44-1突变体铁含量根茎比值均升高,但野生型植株升高幅度更大,表明bZIP44基因可能通过调节铁转运相关基因表达来调控铁离子从根部向茎部运转,进而调节植物对缺铁胁迫响应。（4）对缺铁胁迫相关的基因表达分析,发现在缺铁胁迫下,bzip44突变体中,编码烟酰胺合成酶的NAS2、NAS4基因和转录因子MYB10基因转录水平显著低于野生型,而两者的FIT1、FRO2和bHLH38基因的转录水平无显著差异,表明bZIP44基因可能通过调节NAS2、NAS4和MYB10基因的表达,来调控植物缺铁耐受性。（5）进一步通过烟草瞬时表达实验,证明bZIP44基因可激活NAS2及MYB10基因的转录,表明bZIP44基因可能直接调节NAS2和MYB10基因的表达来调控植物缺铁响应。（6）为进一步研究bZIP44在植物缺铁胁迫响应中的作用,构建了bZIP44基因过表达载体:克隆拟南芥bZIP44基因,运用基因重组技术,获得bZIP44基因过表达阳性植株,发现在相同生长时期,bZIP44基因过表达植株长势弱于野生型。（7）在缺铁培养基上,bZIP44基因过表达植株表现出耐受表型,叶片叶绿素含量显著高于野生型,表明bZIP44基因在调控植物缺铁耐受中起重要作用。综上所述,bZIP44基因参与植物缺铁胁迫应答,其调控机制可能是可能直接调节NAS2和MYB10的表达基因的表达,进而提高植物在缺铁胁迫下的耐受能力。

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致谢

摘要

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第一章绪论

1.1 铁（Iron,Fe）

1.2 植物吸收铁的机制

1.2.1 非禾本科植物铁吸收机理Ⅰ

1.2.2 禾本科植物铁吸收机理Ⅱ

1.3 植物体内铁的转运

1.4 植物细胞中铁的转运

1.5 调控植物缺铁响应的信号分子

1.6 改善植物铁营养

1.7 bZIP转录因子

1.7.1 bZIP转录因子的结构

1.7.2 bZIP转录因子的分类及相关功能

1.8 本课题的研究意义

第二章材料与方法

2.1 实验材料

2.1.1 植物材料

2.1.2 菌株和质粒

2.2 主要试剂

2.2.1 常用分子生物学试剂盒

2.2.2 常用酶类

2.2.3 常用生化试剂

2.2.4 常用溶液与试剂的配制

2.3 主要仪器与设备

2.4 实验方法

2.4.1 灭菌方法

2.4.2 拟南芥土壤培养方法

2.4.3 拟南芥培养皿培养法

2.4.4 CTAB法提取拟南芥全基因组DNA

2.4.5 Trizol法提取植物总RNA

2.4.6 反转录合成cDNA

2.4.7 实时定量PCR

2.4.8 PCR反应体系及程序

2.4.9 琼脂糖凝胶电泳

2.4.10 重组载体构建

2.4.11 感受态细胞的制备

2.4.12 大肠杆菌的转化

2.4.13 电击转化农杆菌

2.4.14 叶绿素含量测定

2.4.15 Fe含量测定

2.4.16 GUS染色

2.4.17 实验所需引物清单

第三章实验结果与分析

3.1 拟南芥bZIP44 基因表达模式与结构分析

3.1.1 拟南芥bZIP44 基因组织特异性表达

3.1.2 拟南芥bZIP44 基因缺铁诱导表达

3.1.3 bZIP44 基因与其他物种中相似基因的同源性

3.1.4 bZIP44 蛋白和其他物种同源蛋白氨基酸序列比对

3.2 bzip44突变体鉴定

3.3 拟南芥bzip44 突变体的表型分析

3.3.1 拟南芥突变体bzip44-1 发育表型

3.3.2 拟南芥bzip44-1 突变体在缺铁胁迫下的萌发率

3.3.3 拟南芥bzip44-1 突变体在缺铁胁迫下的表型分析

3.3.4 拟南芥bzip44-1 突变体对外源镉胁迫下的表型

3.3.5 拟南芥bzip44-1 突变体对外源铅胁迫下的表型

3.3.6 拟南芥bzip44-1 突变体在外源硒胁迫下的表型

3.3.7 拟南芥bzip44-1 突变体对外源砷胁迫下的表型

3.4 拟南芥bZIP44 过表达植株构建、筛选

3.4.1 拟南芥bZIP44 基因克隆

3.4.2 过表达载体构建

3.4.3 拟南芥bZIP44 过表达植株构建,筛选及鉴定

3.4.4 bZIP44 过表达植株发育表型

3.4.5 拟南芥Bzip44 过表达植株在缺铁胁迫下的表型

3.5 bZIP44 基因在缺铁胁迫响应调控中的作用

3.5.1 Fe含量分析

3.5.2 叶绿素含量分析

3.5.3 缺铁胁迫下相关基因表达分析

3.6 bZIP44 转录因子激活NAS4 基因、NAS2 基因及MYB10 基因的表达

3.6.1 bZIP44 转录因子激活MYB10 基因的表达

3.6.2 bZIP44 转录因子激活NAS2 基因的表达

第四章讨论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王媛媛

导师: 曹树青

关键词: 拟南芥,基因,缺铁胁迫,烟酰胺合成酶

来源: 合肥工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学,生物学

单位: 合肥工业大学

分类号: Q943.2

总页数: 81

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