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水通道蛋白(AQPs)是一类高效特异转运水分子的整合膜蛋白。盐胁迫环境中,植物调节水分进出细胞的机制主要是由 AQPs介导的,它能够通过多种活性调控方式影响细胞膜的通透性,对维持细胞渗透平衡有着重要作用。为了加深对 AQPs功能的认识,完善木本植物的耐盐调控机制,本研究拟在盐胁迫下 ThTIP时空表达特性、ThTIP上游调控因子以及ThTIP对植物的耐盐生理调节三个方面系统研究柽柳ThTIP基因在盐胁迫应答过程中的功能。 本研究从柽柳转录组数据中鉴定出一条盐胁迫响应的水通道蛋白基因,命名为ThTIP,该基因全长759bp,编码252个氨基酸,编码蛋白相对分子质量26099.25Da,理论等电点(PI)为4.6。ThTIP包含6个跨膜区,2个水通道蛋白特有的 NPA(Asn-Pro-Ala)单元。 通过构建ThTIP植物过表达载体pROKⅡ-ThTIP,获得T3代转基因拟南芥株系,对转基因及野生型拟南芥株系进行 NaCl和 Mannitol胁迫,胁迫条件下两个转基因株系的种子萌发率、根长、鲜重及生长势都要优于野生型植株,表明 ThTIP能够提高转基因拟南芥的抗旱、耐盐能力。 通过构建抑制表达载体 pFGC5941-ThTIP,利用瞬时侵染方法将 pROKⅡ-ThTIP、pFGC5941-ThTIP及空 pROKⅡ转入柽柳中,获得过表达(OE)、抑制表达(IE)和对照(Control)转基因植株,分析三种转基因植株在 NaCl和 Mannitol胁迫下的抗逆能力。DAB、NBT和Evans blue组织化学染色结果显示,过表达植株(OE)细胞内的O2-和 H2O2含量明显低于 Control和 IE植株,说明过表达株系受胁迫后细胞膜结构较为完整,受损伤程度低,而抑制表达株系细胞受损伤程度最严重。叶绿素含量、脯氨酸 Pro含量、H2O2含量、丙二醛MDA含量、过氧化物酶POD和超氧化物歧化酶SOD活性等生理指标结果显示,过表达植株(OE)的失水率、ROS含量和 MDA含量相对最低,叶绿素含量、Pro含量、POD活性和SOD活性相对最高;IE植株的失水率、ROS含量和 MDA含量最高,叶绿素含量、Pro含量、POD和 SOD活性相对最低。以上研究表明,ThTIP能够提高转基因植株活性氧(ROS)清除能力,降低细胞受损伤程度,从而提高植株的抗逆能力。 采用启动子5端系列缺失方法,获得一系列 ThTIP启动子5端缺失片段,分别为N1(-1~-1731 bp),N2(-1~-1299 bp),N3(-1~-867bp),N4(-1~-432bp),N5(-1~-181 bp)共五个片段,将这五个片段分别替换表达载体pCAMBIA1301上的CaMV35S启动子,与 GUS基因融合构建植物表达载体,并转化拟南芥。GUS染色结果表明, N1-N4片段转基因拟南芥能够被染色,N5区段不能被染色,说明 N4-N5之间长度为252 bp的序列(即-181~-432bp)为ThTIP启动子核心区段。PlantCARE在线分析发现该核心区段中含有三个顺式作用元件,这三个元件可能结合上游调控因子进而调控 TIP启动子,因此将元件逐一突变,将逐一突变的启动子核心片段构建到 pCAMBIA1301-35S::GUS载体上,转化拟南芥,盐胁迫下 GUS酶活测定结果表明,ABRE1和 ABRE2元件可能是ThTIP启动子上重要的盐胁迫响应顺式作用元件。 通过酵母单杂交技术,鉴定ABRE元件与ThABFs结合情况。首先,构建报告载体pHIS2-ABRE和效应载体 pGADT7-Rec2-ThABFs的效应载体,利用酵母单杂交技术筛选 ABRE元件可能结合的 ABF家族基因,结果表明部分 ABRE/ABF家族基因ThABF1, ThABF2, ThABF7, ThABF8转录因子能识别并结合于 ThTIP启动子上ABRE元件来调控ThTIP基因表达。为了验证酵母单杂交的结果,将ABRE元件和进行3次重复构建到46bp小启动子置换35S后的 pCAMBIA1301-46bp报告载体上,pROKⅡ- ThABF1,pROKⅡ-ThABF2,pROKⅡ-ThABF7,pROKⅡ-ThABF8为效应载体,利用农杆菌介导法将报告载体与效应载体瞬时侵染烟草,通过 GUS染色来检测能否启动下游GUS基因的表达。结果显示,ThABF1,ThABF2,ThABF7,ThABF8与ABRE元件均有不同程度的结合,从而证实 ThABF1,ThABF2,ThABF7,ThABF8转录因子能与ABRE元件互作。