郁金香水通道蛋白基因TgPIP1;3和TgNIP2;1在高温和干旱胁迫中的功能研究

作     者：张蓓 

作者单位：华中农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：产祝龙

授予年度：2023年

学科分类：090706[农学-园林植物与观赏园艺] 0907[农学-林学] 09[农学] 

主      题：郁金香 水通道蛋白 PIP NIP 高温胁迫 干旱胁迫 

摘      要：郁金香(Tulipa gesneriana L.)是百合科郁金香属秋植球根花卉,被广泛应用于花坛花海造景和鲜切花生产中。作为秋植球根花卉,郁金香喜凉怕热,高温不仅会缩短郁金香的花期,还会影响郁金香的种球生长发育。近年来郁金香切花受到越来越多人的青睐,失水胁迫常导致鲜切花品质急速下降。因此挖掘郁金香非生物胁迫应答的相关基因,解析其响应非生物胁迫的分子机理对部分解决郁金香产业问题具有重要意义。本研究利用实验室前期郁金香全长转录组数据,共筛选克隆到2个水通道蛋白基因TgPIP1;3和TgNIP2;1,分析了其在高温和干旱胁迫下的表达模式和亚细胞定位,通过异源超表达和郁金香基因沉默研究其功能。研究结果如下:***1;3和TgNIP2;1均响应郁金香高温和干旱胁迫。在高温胁迫下,TgPIP1;3和TgNIP2;1的表达量显著上调;而在干旱胁迫处理下,郁金香花和根中的TgPIP1;3和TgNIP2;1表达量显著下调。表明TgPIP1;3和TgNIP2;1在郁金香响应高温和干旱胁迫中可能发挥不同的功能。亚细胞定位实验表明,TgPIP1;3和TgNIP2;1均定位于细胞膜和核膜上。***1;3和TgNIP2;1提高了拟南芥的耐热性。在高温胁迫下,TgPIP1;3和TgNIP2;1超表达转基因株系的叶片伤害指数显著低于野生型,电导率和MDA含量也显著低于野生型。荧光定量PCR的结果表明,高温胁迫下,在TgPIP1;3和TgNIP2;1转基因拟南芥中,HSFA2、HSP17.6、HSP70、HSP101、DREB2A以及DREB2B热激响应基因的相对表达量均显著高于野生型。表明TgPIP1;3和TgNIP2;1转基因增强了拟南芥的耐热性。***1;3和TgNIP2;1是干旱胁迫的负调控因子。低浓度的甘露醇胁迫下,TgPIP1;3和TgNIP2;1转基因拟南芥种子的子叶变绿速度明显慢于野生型;在幼苗时期,TgPIP1;3和TgNIP2;1转基因拟南芥在高浓度的甘露醇胁迫下存活率显著低于野生型。生理指标的测定结果表明,甘露醇胁迫对转基因株系的细胞膜损伤更大。通过VIGS技术在郁金香花朵中分别沉默TgPIP1;3和TgNIP2;1。结果显示,干旱胁迫下沉默TgPIP1;3和TgNIP2;1基因的郁金香花瓣失水速率明显慢于TRV2空载对照,且花瓣活性氧含量也显著低于对照组。4.研究了TgNIP2;1启动子的功能。克隆得到了1507 bp的TgNIP2;1启动子,顺式作用元件分析表明,TgNIP2;1启动子上存在脱落酸、赤霉素和生长素等激素响应元件。双荧光素酶结果显示,TgRNF144A-A和TgDi19-2a可以结合TgNIP2;1的启动子,可能作为上游调控元件。综上所述,本研究筛选了两个受高温和干旱胁迫显著诱导的郁金香水通道蛋白基因TgPIP1;3和TgNIP2;1,探究了其在高温和干旱胁迫下的不同功能,并鉴定了TgNIP2;1的两个上游转录因子,为后续进一步解析郁金香耐热分子机制提供了理论依据。