發(fā)布時(shí)間：2017-12-08 19:08

  本文關(guān)鍵詞：花生檸檬酸轉(zhuǎn)運(yùn)載體AhFRDL1基因的克隆與功能研究

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【摘要】：鋁和鐵在地殼中含量最多的兩種金屬元素。但是這兩種元素對(duì)植物生長(zhǎng)產(chǎn)生影響各不相同:在低pH值的酸性土壤A13+被活化,對(duì)植物生長(zhǎng)具有毒害作用;而鐵卻是植物生長(zhǎng)必須的微量元素。因此,為了抵抗鋁毒脅迫又能高效的吸收利用土壤鐵,植物進(jìn)化出不同的分子生理機(jī)制。MATE家族的檸檬酸轉(zhuǎn)運(yùn)載體是植物解鋁毒或鐵長(zhǎng)距離運(yùn)輸機(jī)制的關(guān)鍵因子。目前發(fā)現(xiàn)的檸檬酸轉(zhuǎn)運(yùn)載體,或調(diào)控根尖分泌檸檬酸解鋁毒,或調(diào)控木質(zhì)部分泌檸檬酸參與鐵的長(zhǎng)距離運(yùn)輸,其中只有HvMATE在大麥鋁抗性品種才同時(shí)具備以上兩種生物學(xué)功能,所以在大麥中不具普遍性。本研究在大田作物花生(Arachis hypogaeaL.)中發(fā)現(xiàn)一個(gè)檸檬酸轉(zhuǎn)運(yùn)載體基因,不僅具有促進(jìn)鐵從根系向地上部運(yùn)輸?shù)墓δ?而且還具有促進(jìn)根系抗鋁毒脅迫生物學(xué)功能,通過電生理、基因定位和花生根系RNAi毛根轉(zhuǎn)化試驗(yàn)研究表明:1.在花生根系中通過同源克隆獲得AhFRDL1基因,進(jìn)化樹分析表明該基因?qū)儆贛4TE家族,其編碼的蛋白含有12個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域。在煙草葉片表皮細(xì)胞的亞細(xì)胞定位結(jié)果表明該基因編碼一個(gè)質(zhì)膜蛋白。AhFRDL1基因在非洲爪蛙卵母細(xì)胞中表達(dá),顯著促進(jìn)細(xì)胞向胞外分泌檸檬酸,表明花生AhFRDL1基因是編碼檸檬酸轉(zhuǎn)運(yùn)載體的跨膜運(yùn)輸基因。2.花生缺鐵7天強(qiáng)烈誘導(dǎo)根系和地上部AhFRDL1基因表達(dá)上調(diào)。通過原位雜交和GUS組織學(xué)定位,發(fā)現(xiàn)該基因主要表達(dá)于根系中柱鞘和地上部(莖和新葉)的韌皮部中,且在缺鐵花生根中的表達(dá)加強(qiáng),表達(dá)范圍由中柱鞘細(xì)胞擴(kuò)散到內(nèi)皮層細(xì)胞。利用RNAi在花生根系沉默AhFRDL1基因,顯著抑制木質(zhì)部檸檬酸和新葉活性鐵的濃度,新葉出現(xiàn)更嚴(yán)重的缺鐵黃化癥狀。這些結(jié)果表明,檸檬酸轉(zhuǎn)運(yùn)載體AhFRDL1基因在花生根系中柱鞘表達(dá),調(diào)控木質(zhì)部檸檬酸分泌,從而促進(jìn)根系鐵向地上部運(yùn)輸,從分子和生理水平證明了該基因在促進(jìn)花生根系鐵向地上部轉(zhuǎn)移的過程中發(fā)揮了重要的作用。3.該基因在花生根系明顯的受鋁毒誘導(dǎo)表達(dá)。80 μM鋁濃度處理24 h的花生根尖,AhFRDL1基因表達(dá)顯著上調(diào),同時(shí)根系分泌的檸檬酸濃度顯著升高。AhFRDL1基因在根系的表達(dá)部位受鋁誘導(dǎo),表達(dá)范圍由中柱鞘細(xì)胞擴(kuò)散至根尖皮層和表皮細(xì)胞。在爪蛙卵母細(xì)胞的電生理研究也表明,AhFRDL1蛋白分泌檸檬酸的活性受外界鋁誘導(dǎo)上升。因此,檸檬酸轉(zhuǎn)運(yùn)載體AhFRDL1基因受鋁誘導(dǎo)在根尖表達(dá),促進(jìn)根系分泌檸檬酸,顯著提高花生根系抗鋁毒的能力。4.花生AhFRDL1基因在與鐵性狀相關(guān)(魯花11)和鋁抗性相關(guān)(魯花14,大白沙)的花生品種都顯著的受缺鐵和鋁毒誘導(dǎo)表達(dá),從而使得木質(zhì)部和根系分泌的檸檬酸濃度增加,提高了花生在不同環(huán)境的抵抗缺鐵和耐鋁毒的生理生態(tài)適應(yīng)性。綜上所述,AhFRDL1基因同時(shí)具有調(diào)控鐵從根系向地上部轉(zhuǎn)移和抗鋁毒的生物學(xué)功能,兩種功能的實(shí)現(xiàn)可能受AhFRDL1基因啟動(dòng)子區(qū)域發(fā)現(xiàn)的缺鐵和加鋁特異誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控。而且該基因的表達(dá)調(diào)控主要發(fā)生在與抗缺鐵或耐鋁毒的品種中,這將為通過分子育種培育優(yōu)良抗性品種提供重要的理論依據(jù)和技術(shù)支撐。
【學(xué)位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：S565.2;Q943.2

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1 邱巍;花生檸檬酸轉(zhuǎn)運(yùn)載體AhFRDL1基因的克隆與功能研究[D];中國農(nóng)業(yè)大學(xué);2017年

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本文編號(hào)：1267502