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毛竹shn家族分子特征及Peshn1基因功能研究

毛竹SHN家族分子特征及PeSHN1基因功能研究

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作者：李晓佩中国林业科学研究院

学位级别：硕士

竹子在森林资源当中占据着重要地位,能够对生态维护及木材供应产生重要的影响。近年来,由于气候环境的改变,越来越多的自然灾害随之而来,无论是洪涝还是干旱都对植物的生长造成不可估量的影响。竹子对生长的气候环境要求较为严格。面对... 详细信息

竹子在森林资源当中占据着重要地位,能够对生态维护及木材供应产生重要的影响。近年来,由于气候环境的改变,越来越多的自然灾害随之而来,无论是洪涝还是干旱都对植物的生长造成不可估量的影响。竹子对生长的气候环境要求较为严格。面对复杂的气候变化,如何提高竹子的抗逆性成为研究热点之一。植物表皮蜡质是植物与外界环境直接相接触的一层疏水保护层,它能够调节植物体内的水分应对干旱、盐和冷等非生物胁迫。研究表明,多种转录因子参与了植物的蜡质生物合成,其中隶属于AP2转录因子家族中的shn通过调节蜡质合成相关基因的表达,从而影响蜡质的生物合成。本研究以毛竹(Phyllostachys edulis)为材料,对shn家族基因成员进行了全基因组分析,并验证了Pe shn1的基因功能。1.毛竹shn基因家族成员鉴定。通过生物信息学的分析方法,在毛竹基因组中鉴定出6个shn同源基因(Pe shn1～Pe shn6),Pe shns编码的氨基酸序列长度为138～223aa,推测分子量在15.4～23.8 k Da之间,理论等电点介于5.79～10.24之间。Pe shns都具有1个位于N端高度保守的ERF/AP2结构域,并在其中心部分和C末端共享另外2个结构域(CMV-1和CMV-2)。亚细胞定位预测显示,Pe shns均定位于细胞核。2.Peshns的表达模式分析。Pe shns在各组织中均有表达,且差异明显,其中在根中的表达量较低。如Pe shn1与Pe shn5在展开叶中的表达量较高,而Pe shn2与Pe shn4在未展开叶中表达量最高;Pe shn3在茎中表达量较高,Pe shn6在鞘中相对较高。在不同高度笋中,随着笋的高度增加Pe shns的表达呈现上升趋势,其中在4.0 m笋中表达量明显升高,在笋生长后期表达量达到最高。由此可见,在毛竹不同组织中以及笋的不同生长时期Pe shns可能发挥着不同的调控功能。3.Peshn1基因克隆与功能研究。克隆Pe shn1基因的编码区,构建了正义、反义表达载体,转化拟南芥并筛选获得T3代植株。与野生型拟南芥相比,转正义Pe shn1植株发育缓慢,叶片较小且具有光泽;并且发现其叶片表面有堆积的蜡质出现,其茎干表面覆盖的蜡质晶体也明显增多;气相色谱-质谱联用分析发现其蜡质含量增加及组成发生改变,与野生型相比正义植株的蜡质总量增加了1.6倍,对其各组成成分的分析显示烷烃显著增加,其中C29烷烃、C31烷烃、C33烷烃的增加具有代表性;经过脱水处理后,正义植株存活率显著高于野生型,丙二醛的含量减少而脯氨酸的含量增加。转反义Pe shn1植株的表现与正义相反。由此表明,Pe shn1参与了转基因拟南芥蜡质合成调控以应对干旱。本研究全面分析了毛竹shn基因家族的分子特征及其表达模式,它们在毛竹生长发育过程中可能发挥着不同的调控作用。转基因Pe shn1,证明该基因在维持水分及控制物质进出的能力方面具有重要功能。本研究为揭示毛竹shn基因对蜡质合成、调控及转运的分子机制奠定了基础,对解析其抗逆分子机制具有重要的参考价值,对生产实践中抗逆品种筛选具有现实意义。

关键词：毛竹蜡质调节因子shn 表达模式功能分析

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