提高Dof1表达水平改善烟草氮素利用率的研究

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氮是植物生长所需的三大营养元素之一,同时也是植物生长的主要限制因子之一。人们通过各种方法来提高植物对氮素的利用,但效果不是很明显。Dof1转录因子是植物特异性转录因子,它可以激活与植物氮同化过程中碳骨架α-酮戊二酸生成相关的丙酮酸激酶和磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶等酶的转录活性,从而达到提高植物氮素营养利用率的目的。本研究通过从拟南芥中克隆出Dof1转录因子,并在烟草中过量表达,使烟草丙酮酸激酶和磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的酶活性得到增强,达到提高烟草对氮素营养利用率的目的,为提高植物对氮素营养的利用率提供理论依据。本研究主要研究结果如下:根据Dof1转录因子序列设计引物,通过PCR的方法,从拟南芥中成功克隆出Dof1基因,并构建了组成型pK2 35S-Dof1和光诱导型pPZP221-rbcS-Dof1植物表达载体。通过农杆菌叶盘转化法,将构建的pK2 35S-Dof1和pPZP221-rbcS-Dof1植物表达载体分别转化到野生型烟草中,获得了组成型和光诱导型Dof1转基因烟草植株。通过抗生素的筛选和PCR的检测,初步确定组成型pK2 35S-Dof1和光诱导型pPZP221-rbcS-Dof1基因已转入到烟草中。RNA转录水平的检测结果表明pK2 35S-Dof1和pPZP221-rbcS-Dof1基因在转基因烟草中得到了表达。光诱导型转基因烟草组培苗的丙酮酸激酶和磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶酶活性分别比野生型提高5~15倍和1.5~3.2倍,表明Dof1转录因子可以提高丙酮酸激酶(PK)和磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)的活性。在含氮量分别为1 mMol/L、5 mMol/L和10 mMol/L的低、中和高氮营养条件下进行盆栽试验,转pPZP221-rbcS-Dof1基因烟草的植株分别比对照野生型烟草高1.3、1.7和1.1倍;鲜重分别是对照烟草的1.3、1.1和1.05倍;干重分别是对照的1.3、1.2和1.06倍。在低氮营养条件下,转pPZP221-rbcS-Dof1基因烟草PK和PEPC酶活性分别比对照高1.1~2.1倍和1.5~2.4倍。低、中和高氮营养条件下的组培试验结果表明子二代转pPZP221-rbcS-Dof1基因烟草的植株分别比对照高1.63、1.38和1.17倍;鲜重分别是对照的1.94、1.31和1.28倍;干重分别是对照的1.62、1.32和1.32倍;在低氮营养条件下,转基因烟草的总氮含量和叶绿素含量分别是对照野生型烟草的1.41和2.18倍。以上试验结果表明在rbcS光诱导型启动子的作用下,Dof1基因能提高转基因烟草丙酮酸激酶和磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的活性,提高转基因烟草总氮含量和叶绿素含量,促进转基因烟草生长,特别在低氮营养条件下,更能促进植物对氮素的利用从而促进植物的生长。
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