轉(zhuǎn)鹽芥CBF1基因提高玉米抗逆性的研究.pdf

1、非生物脅迫如干旱、鹽堿和低溫是限制作物產(chǎn)量和品質(zhì)的最重要因素，培育對非生物逆境抗性強的作物新品種對于提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力和節(jié)約資源具有重要的意義，是滿足人類對食物、能源等日益增長的社會需求的重要措施。轉(zhuǎn)基因育種是提高作物抗逆性的一條有效途徑。一些轉(zhuǎn)錄因子在植物對逆境的反應(yīng)中起著重要的調(diào)節(jié)作用，往往一個轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控著多個與抗逆相關(guān)的基因表達。在作物抗逆育種中導(dǎo)入或改良一個轉(zhuǎn)錄因子可望有效改變作物的抗逆性。 近十余年來，相繼從高等植物中分

2、離出一系列調(diào)控干旱、高鹽、低溫、激素、病原反應(yīng)和生長發(fā)育相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子基因，并對它們的功能進行了較系統(tǒng)研究。DREB轉(zhuǎn)錄因子能特異識別并結(jié)合DRE/CRT順式作用元件(核心序列TACCGA CAT)，后者普遍存在于對干旱、高鹽或低溫等逆境應(yīng)答基因的啟動子中。因此，DREB轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控與逆境應(yīng)答相關(guān)的一系列基因表達，它們在轉(zhuǎn)基因植物中的過表達會激活許多與抗逆相關(guān)基因的協(xié)同表達，提高植株的抗逆性。CBFl是DREB中研究較多的成員，轉(zhuǎn)擬南芥

3、CBFl基因可明顯提高植株的抗逆性，但往往帶來植株生長變慢等負效應(yīng)。自鹽生植物的CBFl基因在轉(zhuǎn)基因植物的表達及對植株抗逆性的影響未見報道，將鹽生植物小鹽芥(Thellungjella salsuginea)的TsCBFl基因?qū)胗衩字仓瓴⒎治鲛D(zhuǎn)基因植株抗逆性和生長發(fā)育的變化對于玉米抗逆育種研究有較大的意義。 本工作以轉(zhuǎn)入小鹽芥TsCBFl基因的玉米植株為材料，通過PCR檢測和Sotlthern雜交鑒定轉(zhuǎn)基因植株，結(jié)果表明TsC

4、BFl基因成功地整合到轉(zhuǎn)基因玉米的基因組中；采用實時熒光定量RT-PCR分析轉(zhuǎn)基因植株中TsCBFl和玉米ZmDREB基因表達強度，以植株內(nèi)源actin基因的表達強度為參照，確定了目標基因表達強度，結(jié)果表明，TsCBFl在轉(zhuǎn)基因植株中較高強度的表達；而ZmDREB在轉(zhuǎn)基因和未轉(zhuǎn)基因植株中均表達，但在轉(zhuǎn)基因植株中表達強度低于未轉(zhuǎn)基因植株的。若從TsCBFl mRNA和ZmDREB mRNA的總量角度去考慮，轉(zhuǎn)基因植株具有顯著增加的DREB

5、/CBFlmRNA拷貝數(shù)。 在轉(zhuǎn)基因植株T<,2>代株系中選取5個轉(zhuǎn)基因純合且農(nóng)藝性狀與轉(zhuǎn)基因受體自交系DH4866無明顯差異的株系進行耐旱耐鹽性試驗。種子播在大小一致的花盆中，在植株10葉期時開始干旱脅迫處理，每天控制澆水量，使其土壤相對含水量保持在15-16﹪左右，持續(xù)處理2周，然后恢復(fù)正常澆水。在正常生長條件下，轉(zhuǎn)基因植株和對照植株的生長發(fā)育和形態(tài)特征無顯著差異。經(jīng)干旱脅迫處理后，轉(zhuǎn)基因植株和對照植株在株高、雄穗分支數(shù)、開

6、花散粉時間、散粉-吐絲間隔時間、花粉活力、果穗長度、百粒重等性狀均出現(xiàn)明顯差異。未轉(zhuǎn)基因植株雄穗分支數(shù)少、雄蕊發(fā)育不良、花粉敗育、散粉-吐絲間隔時間、單株籽粒產(chǎn)量低，而轉(zhuǎn)基因植株表現(xiàn)出明顯提高的耐旱性，花粉發(fā)育正常，單株籽粒產(chǎn)量明顯高于對照的。即轉(zhuǎn)基因植株在干旱處理過程中生長發(fā)育較正常，具有明顯增強的耐旱性。 將控制澆水第2天(葉片在上午9時左右開始萎蔫)記為植株干旱脅迫處理第0天，分別在處理的第0、1、5、10、14天和恢復(fù)正

7、常澆水后的第7天取材，測定葉片相對含水量，可溶性總糖含量，離子滲漏率，丙二醛含量，脯氨酸含量等生理指標。結(jié)果表明轉(zhuǎn)基因植株葉片相對含水量比對照植株降低的慢，保水能力較強；離子滲漏率和丙二醛含量表明轉(zhuǎn)基因植株葉片細胞膜損傷較小，可溶性糖及脯氨酸含量明顯高于對照植株的，說明轉(zhuǎn)基因植株在干旱脅迫下可能是通過積累較多的滲透保護性物質(zhì)來維持正常代謝。 對苗期玉米澆灌0.5﹪的鹽水，轉(zhuǎn)基因植株的耐鹽性明顯高于未轉(zhuǎn)基因?qū)φ罩仓?。測定苗期植株在

8、鹽處理條件下地上部分及地下部分鮮重、干重等發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因植株生長發(fā)育正常，未出現(xiàn)生長遲緩、植株矮化等情況。推測可能轉(zhuǎn)入的TsCBF1基因未激活下游與植株生長發(fā)育遲緩有關(guān)基因的表達。 綜上所述，TsCBF1基因具有DREB轉(zhuǎn)錄因子家族成員的功能，在轉(zhuǎn)基因玉米中表達提高了植株的耐旱性和耐鹽性。表達TsCBF1基因的玉米植株不但表現(xiàn)出比對照植株明顯提高的耐旱耐鹽性，而且在正常生長環(huán)境中植株生長發(fā)育正常，不出現(xiàn)矮化現(xiàn)象。通過本工作，篩選出