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干旱、盐碱、低温等非生物逆境胁迫严重影响植物的生长发育,极端恶劣条件下甚至导致植株死亡,是农业生产中作物减产的重要因素。高等植物在长期进化过程中为了抵抗这些逆境形成了许多复杂的防御机制。其中DREB类转录因子是一类植物中所特有的,能与DRE顺式作用元件特异性结合的转录因子。该类转录因子在非生物逆境胁迫中能激活下游一系列抗逆功能基因的表达,并能提高脯氨酸和蔗糖含量。因此作物遗传育种中利用DREB转录因子来改良作物的抗逆性,能获得较为理想的综合效果。
本研究以盐处理的高粱幼苗为试验材料,通过电子克隆和RT-PCR技术,克隆高粱DREB转录因子基因cDNA序列;利用实时荧光定量PCR技术对基因在不同逆境胁迫下表达模式进行了研究;对基因进行原核表达功能验证;并构建了植物表达载体转化烟草。研究结果如下:
1、根据GenBank电子拼接所得序列设计引物OF和OR,进行RT-PCR扩增,得到cDNA序列1152bp,ORF长789bp,编码蛋白含262个氨基酸;利用上述引物扩增基因组DNA,得到1个1892bp片段,测序分析表明该基因包含一个740bp的内含子,将此基因命名为SbDREB2。预测蛋白分子量为28.64kD,等电点为5.52。氨基酸序列分析表明,该蛋白在82~145区含有DREB类转录因子家族特有的AP2保守结构域,与玉米DREB2A及水稻DREB1蛋白同源性分别为84%和69%。
2、实时荧光定量PCR分析表明,该基因为组成型表达,在根、茎、叶中均存在表达,根中表达量约是茎中2.5倍,受干旱、高盐和外源ABA诱导强烈表达,但对低温几乎没有响应。
3、设计含EcoRⅠ和XhoⅠ酶切位点的特异性引物DF和DR,用EcoRⅠ和XhoⅠ双酶切含有SbDREB2基因的T载体质粒和pET28a原核表达载体质粒,成功构建重组子pET28a-SbDREB2,经IPTG诱导获得32.5kD左右的融合蛋白,与预期理论值相符。
4、设计含有BglⅡ和NcoⅠ酶切位点的特异性引物PF和PR,用BglⅡ和NcoⅠ双酶切含有SbDREB2基因的目的片段和pCAMBIA3301植物表达载体,T4 DNA Ligase过夜连接,成功构建重组载体pCAMBIA3301-SBDREB2。
5、利用冻融法将重组表达载体pCAMBIA3301-SBDREB2转化到农杆菌EHA105中,经菌液PCR检测,证实表达载体已转入农杆菌。叶盘法转化烟草初步检测获得阳性植株。