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Atvps38在拟南芥盐胁迫中的功能分析

AtVPS38在拟南芥盐胁迫中的功能分析

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作者：周延慧南昌大学

学位级别：硕士

土壤盐碱化是一个日益严重的全球性问题。高土壤盐分会严重阻碍植物的生长发育,进而降低作物产量。盐生植物通过采用专门的策略,来应对盐分以适应盐碱化环境。然而,大多数作物都是对盐敏感的甜土植物,对它们进行改良以培育更耐盐的品种... 详细信息

土壤盐碱化是一个日益严重的全球性问题。高土壤盐分会严重阻碍植物的生长发育,进而降低作物产量。盐生植物通过采用专门的策略,来应对盐分以适应盐碱化环境。然而,大多数作物都是对盐敏感的甜土植物,对它们进行改良以培育更耐盐的品种,是提高盐碱地作物产量的一种有效策略。vps38作为植物PI3K复合体Ⅱ(Phosphatidylinositol-3-Kinase ComplexⅡ)的组成成分之一,对液泡蛋白分选至关重要,在植物的生长发育中起到了重要调控作用。为了探究vps38在植物抗逆中的功能,我们对拟南芥野生型和vps38突变体进行了胁迫处理并观察表型,发现vps38对盐胁迫极其敏感。为了解析vps38基因在盐耐受性中的作用,我们利用转基因技术构建了35S::vps38-GFP/vps38回补植株,比较了野生型、vps38、回补株系在盐胁迫下根长、子叶绿化率、渗透调节物质的含量等方面差异,并通过转录组学揭示vps38突变体对盐敏感的分子机制。主要研究结果如下:(1)vps38参与调控拟南芥盐胁迫应答。在添加Na Cl的1/2 MS培养基中,vps38对Na Cl的敏感型增强,表现出主根伸长、子叶绿化方面受到明显抑制。而野生型和回补株系受影响程度相对较小。使用Na Cl溶液灌溉土壤中生长的拟南芥,也得到了一致的结果。对经盐处理的野生型植株进行q RT-PCR分析发现,vps38的表达水平受盐胁迫上调。(2)vps38缺失影响植物对盐胁迫的响应。相比于野生型,盐胁迫导致vps38体内丙二醛含量增加,膜脂过氧化程度加剧。高盐下,植物体通过积累渗透调节物质来缓解渗透胁迫。而vps38在盐处理后,可溶性蛋白质含量下降,可溶性还原糖含量相对升高倍数低于野生型。(3)盐处理导致离子转运相关基因的表达在vps38和Col-0存在差异。在盐处理前后,对Col-0和vps38中6个调节盐胁迫相关的标记基因表达量进行测定。结果发现Col-0中SOS3的表达量高于vps38,而SOS1和SOS2的表达量在vps38略高一些。NHX1和NHX5的表达量在Col-0和vps38中没有明显差别。(4)转录组学结果表明,在对照条件下,vps38与Col-0相比,得到2033个差异表达基因;而在盐胁迫条件下,共筛选出2339个差异表达基因。差异基因GO富集分析表明,在正常生长条件下,vps38缺失后,与各种生物学过程有关的基因表达紊乱,且大部分基因都富集在环境应激、细胞物质代谢等途径。而盐处理后,差异基因的GO富集通路主要集中在细胞分裂和微管两大方面。KEGG富集分析表明,相对于Col-0,vps38在盐胁迫下的代谢通路变化主要集中在植物激素信号转导、MAPK信号通路及代谢途径中,这为后续探究由vps38缺失引起的盐敏感调控的分子机制提供了线索。最后,我们对盐胁迫处理下的5个盐胁迫相关差异表达基因进行q RT-PCR验证,所得结果与测序结果一致。(5)vps38赋予植物的抗盐能力不依赖于与SOS1-SOS3的直接互作。为了探究vps38影响盐敏感性的分子机制,我们将vps38蛋白与盐核心通路SOS1-SOS3蛋白进行互作实验。遗憾的是,vps38不与SOS1-SOS3互作。接着,我们利用回补载体上的GFP标签,对盐处理后的回补株系进行IP-MS实验。根据下拉得到的蛋白,筛选了一批可能调节vps38抗盐反应的候选蛋白,后续将验证它们是否与vps38互作。综上所述,vps38与拟南芥抗盐性存在密切关系。本文通过研究vps38对盐胁迫的响应机制,填补盐诱导信号通路的知识空白,以期挖掘关键耐盐相关基因,进而为培育耐盐性作物打下理论基础。

关键词：盐胁迫 PI3K复合体Ⅱ vps38 液泡分选蛋白

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