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题名	甜高粱抗逆与蔗糖转运相关基因克隆与功能验证
作者	苏蔓
答辩日期	2011
文献子类	博士
授予单位	中国科学院植物研究所
导师	刘公社
关键词	甜高粱 脯氨酸 P5CS SUT 去叶
其他题名	Cloning and functional analysis the stress resistance and sucrose transport related genes from sweet sorghum
英文摘要	甜高粱（Sorghum bicolor (Linn.) Moench）是公认的能源植物。蔗糖是甜高粱茎杆的主要成分，可以用于乙醇生产。逆境胁迫条件严重限制甜高粱的生长发育，使其不能充分发挥其高光效性，造成作物产量降低。我国发展甜高粱产业最严重的限制因素是干旱、高盐土地及地区引起的非生物胁迫。因此，研究甜高粱适应逆境胁迫的分子机理，开展甜高粱抗逆基因工程研究，对提高其抗逆性，促进甜高粱推广和增加其产量有着非常重要的意义。脯氨酸是植物在逆境胁迫下积累的渗透调节物质。Δ1-吡咯啉-5-羧酸合成酶（P5CS）是脯氨酸合成途径中的关键酶。我们从甜高粱中克隆了两个P5CS 基因SbP5CS1 和SbP5CS2，两个基因的同源性是76%，Genbank 登录号为GQ377719 和GQ377720，分别定位于3 号和9 号染色体，编码729 和715 个氨基酸。启动子分析表明两个基因的启动子除了含有启动子的特征元件TATA-box 和CAAT-box外还含有一些胁迫响应元件。两个基因在胁迫处理下的表达模式分析表明，在干旱、高盐（250 mM NaCl）、茉莉酸甲酯MeJA（10 μM）处理条件下，两个基因均被诱导。在干旱条件下，两个基因均在处理3 天后被显著诱导，在第6天达到最高。在高盐条件下，根中SbP5CS1 和SbP5CS2 表达量最高点分别在4h 和8 h，在叶中的表达模式相同。MeJA 胁迫下，SbP5CS1 在处理后2 h 表达量开始增加，SbP5CS2 在4 h 表达量开始增加。虽然两个基因均可被胁迫环境诱导，但是SbP5CS1 的诱导量显著高于SbP5CS2。组织特异性表达结果表明，SbP5CS2 在各个组织中均有表达，而SbP5CS1 主要在成熟器官中表达。推测SbP5CS1 可能是胁迫诱导基因，主要负责在逆境环境下甜高粱体内脯氨酸的积累，而SbP5CS2 是一个持家基因，主要负责植物正常生长所必需的脯氨酸的供给。胁迫处理下甜高粱幼苗脯氨酸含量测定表明，在胁迫处理后，脯氨酸含量增加，并且植物体内脯氨酸含量与P5CS 基因的表达量具有相关性。由上述结果，SbP5CS1 是一个胁迫诱导基因，我们用SbP5CS1 转化拟南芥，发现转基因拟南芥具有更高的胁迫耐受性，同时，转基因拟南芥相对于野生型在正常生长条件下和盐胁迫条件下中均积累更多的脯氨酸，说明在植物体内超表达SbP5CS1 可以有效提高植物抗逆性。 蔗糖是植物光合作用的主要产物，它从源叶中合成后运入库中进行贮存或代谢。蔗糖的转运主要在韧皮部完成，跨膜运输依赖于定位于膜上的蔗糖转运蛋白（SUT）。植物蔗糖转运蛋白的分离鉴定以及功能的研究，有助于揭示蔗糖的转运、分配、积累的分子调控机制，以便于实现作物品质的遗传改良。我们从甜高粱中克隆了5个蔗糖转运蛋白。在酵母中异源表达证明这5个蔗糖转运蛋白都具有转运活性。组织特异性表达说明SbSUTs具有不同的组织特异性。特别是SbSUT5在茎秆髓部表达量较高，推测SbSUT5在髓部蔗糖积累过程中起重要作用。去叶去除了植物的光合器官，必将导致植物体内的碳水化合物重新分配。去叶处理后，SbSUT1、2、4的表达模式不同，说明在去叶后这几个蔗糖转运蛋白执行不同的功能。SbSUT1在叶鞘中被显著诱导，而SbSUT4在叶鞘中的表达量变化不明显，相反的却在被包裹叶、根中的表达量上升明显。去叶后SbSUT2在叶鞘中表达量上升明显，在根中和被包裹叶中的表达量却是下降的。结合我们在羊草中LcSUT1的研究结果，我们认为去叶后SbSUT1的升高是叶鞘中蔗糖含量降低引起的，而SbSUT2主要负责叶鞘中储存的果聚糖转变为蔗糖进行长距离运输过程中蔗糖的装载，SbSUT4则负责蔗糖进入生长的器官蔗糖的卸载。
语种	中文
页码	116
内容类型	学位论文
源URL	[http://ir.ibcas.ac.cn/handle/2S10CLM1/11918]
专题	中科院北方资源植物重点实验室
作者单位	中国科学院植物研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	苏蔓. 甜高粱抗逆与蔗糖转运相关基因克隆与功能验证[D]. 中国科学院植物研究所. 2011.

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