【摘 要】
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围绕光系统Ⅰ的循环电子传递(CET-PSI)是植物适应非生物胁迫的一个重要的自我保护机制。前人研究发现,叶绿体类囊体膜上的NAD(P)H脱氢酶(NDH)表达变化是造成C4植物和C3植物CE
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围绕光系统Ⅰ的循环电子传递(CET-PSI)是植物适应非生物胁迫的一个重要的自我保护机制。前人研究发现,叶绿体类囊体膜上的NAD(P)H脱氢酶(NDH)表达变化是造成C4植物和C3植物CET强弱差异的主要因素。那么在C4植物中NDH复合体介导的CET是否能够提高C3植物在盐胁迫下的光合活性以及它是如何提高的?目前尚不知晓。本实验室前期基于生物信息学方法以拟南芥的17个NDH复合体核编码的亚基蛋白结构域为查询序列,共鉴定出27个玉米NDH基因;对鉴定出的基因家族进行正选择作用检测和系统发育分析发现,玉米NdhL和PnsB2两个基因家族经历了正选择作用,且在C4作物玉米或高粱中有两个拷贝,在C3作物水稻中单拷贝,推测其是造成C4和C3作物中NDH介导的CET能力差异的原因;对这两个基因家族的四个基因进行实时荧光定量分析发现,ZmNdhl1基因表达量最高。本研究将C4作物玉米的ZmNdhl1基因在C3作物水稻中过表达,研究ZmNdhl1基因过表达水稻植株的耐盐性及其可能的内在光合作用机制,主要结果如下:1.转基因水稻过表达株系的获得及其耐盐性分析。DNA水平鉴定结果显示转基因水稻株系OX-1和OX-2都为阳性株,qRT-PCR和Western-Blotting结果表明OX-1和OX-2在RNA水平和蛋白水平均过表达;对转基因家系进行表型鉴定,发现OX-1、OX-2相对Vector更加耐盐且在苗期干物质的积累更多。2.转基因水稻的光合特性。对过表达株系OX-1、OX-2和Vector的光合电子传递链进行测定,结果分析表明ZmNdhl1基因的过表达提高了水稻的循环电子传递的能力,诱导了水稻在盐胁迫下的循环电子活性,使得光合电子传递链PSⅡ的供体侧、PSⅡ与PSI之间以及PSI受体侧的电子传递受损程度变轻,从而降低了盐胁迫对植株的伤害,提高了植物的光合特性。3.转基因水稻的转录组分析。RNA-seq数据分析发现盐处理前后Vector与两个过表达株系OX-1、OX-2重合的差异表达基因共有4个,OX-1和OX-2中特有的差异表达基因有26个,其中有4个基因的功能未知,7个上调的差异表达基因,15个下调的差异表达基因,上调的差异表达基因大多都响应逆境。KEGG分析结果显示差异表达基因主要富集在氨基糖和核苷酸糖代谢路径中。
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