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SSDREB转录因子在转基因烟草中增强非生物胁迫耐受性的研究

期刊:International Journal of GenomicsDOI:10.1155/2015/875497

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主要作者及研究机构
本研究由Xu Zhang、Xiaoxue Liu、Lei Wu、Guihong Yu、Xiue Wang和Hongxiang Ma共同完成。Xu Zhang、Xiaoxue Liu、Lei Wu、Guihong Yu和Hongxiang Ma来自江苏省农业科学院生物技术研究所,Xiaoxue Liu和Xiue Wang则来自南京农业大学作物遗传与种质创新国家重点实验室。该研究于2015年6月7日被接受,并发表在《International Journal of Genomics》期刊上,文章编号为875497。

学术背景
本研究的主要科学领域是植物逆境生物学,特别是植物对盐胁迫和干旱胁迫的耐受性机制。盐胁迫、干旱胁迫等非生物胁迫对植物生长和生产力产生负面影响,是作物可持续生产的主要限制因素。为了应对这些胁迫,植物进化出了一系列机制,包括基因表达的改变和生理生化修饰,以增强其胁迫耐受性。脱水响应元件结合蛋白(Dehydration-Responsive Element-Binding, DREB)转录因子在植物逆境响应中扮演着关键角色。本研究从盐生植物碱蓬(Suaeda salsa)中克隆了一个新的DREB转录因子基因,命名为SsDREB,并研究了其在转基因烟草中的功能,以探索其在增强植物逆境耐受性中的潜在应用。

研究流程
本研究包括以下几个主要步骤:
1. 基因克隆与序列分析
- 从碱蓬中提取总RNA,利用RACE-PCR技术克隆SsDREB基因的全长cDNA序列。
- 通过多重序列比对和系统发育分析,将SsDREB归类为DREB亚家族的A-6组。
- 使用酵母单杂交系统验证SsDREB蛋白与DRE元件的特异性结合能力。

  1. 基因表达模式分析

    • 通过实时定量PCR(qRT-PCR)检测SsDREB在不同胁迫条件下的表达模式,包括盐胁迫、干旱胁迫、低温胁迫和外源ABA处理。
  2. 转基因烟草的构建与验证

    • 将SsDREB cDNA插入植物转化载体pCAMBIA2301中,并通过农杆菌介导的转化方法将其导入烟草中。
    • 通过PCR和半定量RT-PCR验证转基因烟草中SsDREB的表达。
  3. 转基因烟草的逆境耐受性评估

    • 对转基因烟草进行盐胁迫和干旱胁迫处理,评估其生长、光合作用参数、叶绿素荧光参数、脯氨酸和可溶性糖含量等生理指标。
    • 通过半定量RT-PCR分析转基因烟草中下游胁迫响应基因的表达水平。

主要结果
1. 基因克隆与序列分析
- SsDREB基因的全长cDNA为1095 bp,编码364个氨基酸的蛋白质。系统发育分析显示,SsDREB属于DREB亚家族的A-6组。
- 酵母单杂交实验证实,SsDREB蛋白能够特异性结合DRE元件,并激活报告基因的表达。

  1. 基因表达模式分析

    • qRT-PCR结果显示,SsDREB在盐胁迫和干旱胁迫下显著诱导表达,但在低温胁迫和外源ABA处理下无明显变化,表明SsDREB可能通过ABA非依赖途径响应胁迫。
  2. 转基因烟草的构建与验证

    • 成功构建了表达SsDREB的转基因烟草,并通过PCR和RT-PCR验证了其表达。
  3. 转基因烟草的逆境耐受性评估

    • 转基因烟草在盐胁迫和干旱胁迫下表现出更好的生长状态、更高的叶绿素含量、净光合速率以及脯氨酸和可溶性糖含量。
    • 半定量RT-PCR结果显示,转基因烟草中多个下游胁迫响应基因的表达水平显著上调,表明SsDREB通过激活下游基因的表达增强植物的逆境耐受性。

结论
本研究成功克隆并鉴定了碱蓬中的SsDREB转录因子,证实其在盐胁迫和干旱胁迫响应中的重要作用。通过转基因烟草的实验,证明了SsDREB能够显著增强植物的逆境耐受性。这为利用DREB转录因子改良作物的逆境耐受性提供了重要的理论基础和实验依据。

研究亮点
1. 首次从碱蓬中克隆了SsDREB基因,并证实其属于DREB亚家族的A-6组。
2. 通过酵母单杂交实验验证了SsDREB蛋白与DRE元件的特异性结合能力。
3. 转基因烟草实验表明,SsDREB能够显著增强植物的盐胁迫和干旱胁迫耐受性,并激活多个下游胁迫响应基因的表达。

其他有价值的内容
本研究还提供了详细的实验方法和数据分析流程,为后续相关研究提供了可参考的实验方案。此外,研究中对转基因烟草的生理参数进行了全面评估,为深入理解DREB转录因子的功能机制提供了丰富的数据支持。


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