酸枣假定ABA受体ZjPYR1、ZjPYL8基因功能验证及渗透胁迫下有效成分含量测定研究

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酸枣是典型的阳生植物,具有较强的耐旱、耐盐碱的抗逆特性。酸枣在应对干旱及盐碱所引起的渗透胁迫时,会在根系积累脱落酸(ABA),随后通过维管组织的输导,ABA进入叶片,并激活ABA信号传导通路,以抵御不良环境对植物带来的影响。目前酸枣中ABA受体相关基因抵御渗透胁迫的分子机制以及ABA积累是否和有效成分合成存在量效关系尚不明确,因此利用生物信息学分析和功能验证等手段分析酸枣假定ABA受体ZjPYR1、ZjPYL8的基因功能,并利用q RT-PCR验证ZjPYR1、ZjPYL8基因是否参与调控酸枣幼苗渗透胁迫后有效成分的合成与积累过程。本课题挖掘了渗透胁迫下假定ABA受体ZjPYR1、ZjPYL8对有效成分合成的量效关系,可以为后期科学栽培酸枣提供有效的数据支撑。目的:通过比对枣、大豆、番茄中的同源基因序列,克隆酸枣中的PYR1、PYL8基因。利用转基因技术培育ZjPYR1、ZjPYL8拟南芥异源过表达株系,筛选T3代阳性苗,验证ZjPYR1、ZjPYL8基因功能,确定ZjPYR1、ZjPYL8属于酸枣PYR/PYL/RCAR家族成员,并确定其表达可以影响植物对于干旱和盐碱的耐受性;利用高效液相色谱法(HPLC-ELSD)测定外源ABA、Na Cl处理前后酸枣幼苗中有效成分的含量变化;利用q RT-PCR验证ZjPYR1、ZjPYL8和有效成分合成基因相对表达量变化是否与外源ABA、Na Cl胁迫有关。方法:1.样品的采收:选取酸枣无菌苗提取RNA;于9月采摘成熟期酸枣仁用于酸枣幼苗培育。2.构建拟南芥异源过表达株系验证酸枣ZjPYR1、ZjPYL8基因功能:提取酸枣无菌苗RNA,反转录为c DNA,克隆ZjPYR1、ZjPYL8基因。将克隆的酸枣ZjPYR1、ZjPYL8基因构建至35S启动的携带GFP标签的p CAMBIA2300载体上,并利用浸花法转基因至拟南芥Col-0中。观察ABA、Na Cl处理前后,拟南芥异源过表达株系的萌发率、根长、气孔开度及亚细胞定位等生理表型变化,以明确受ABA激活的ZjPYR1和ZjPYL8的功能。3.qRT-PCR验证基因表达量变化:选取ZjPYR1、ZjPYL8和参与酸枣仁有效成分合成基因,利用q RT-PCR测定ABA、Na Cl处理前后酸枣仁幼苗中基因表达量的变化。4.酸枣幼苗有效成分含量测定:采摘成熟酸枣破壳取仁后,用赤霉素促进酸枣仁发芽,将未处理幼芽标记为S1,ABA和Na Cl处理幼芽分别标记为S2、S3。测定10天龄酸枣幼苗经ABA、Na Cl处理前后,斯皮诺素、酸枣仁皂苷A、酸枣仁皂苷B的含量变化。结果:1.酸枣ZjPYR1、ZjPYL8基因功能验证:ZjPYR1、ZjPYL8属于酸枣的PYR/PYL/RCAR家族成员;经ABA、Na Cl处理后,拟南芥ZjPYR1、ZjPYL8异源过表达株系表现出根长缩短、气孔关闭、萌发率降低的生理表型,经ABA处理后,ZjPYR1、ZjPYL8在拟南芥异源过表达株系根部积累。2.qRT-PCR验证ZjPYR1、ZjPYL8与有效成分生物合成表达基因量效关系:利用q RT-PCR分析ZjPYR1、ZjPYL8与有效成分生物合成基因的表达量。结果表明,施加ABA和Na Cl后,酸枣幼苗中ZjPYR1、ZjPYL8基因表达量升高,斯皮诺素合成途径基因PAT、ENO、PGK,及酸枣仁皂苷A合成途径基因FDPS1、HMGR1e、HMGR1-like表达量也一同升高。结果表明ZjPYR1、ZjPYL8可能正调控参与斯皮诺素、酸枣仁皂苷A的生物合成。3.酸枣幼苗有效成分含量测定:利用HPLC-ELSD测定ABA、Na Cl处理前后10天龄酸枣幼芽中有效成分的含量。S1~S3中斯皮诺素含量分别为0.0681%、0.0794%、0.1116%,酸枣仁皂苷A含量分别为0.0799%、0.0968%、0.1295%,酸枣仁皂苷B含量分别为0.2101%、0.2196%、0.2464%。结果表明经ABA、Na Cl处理后的S2、S3样品,酸枣幼芽中斯皮诺素、酸枣仁皂苷A、酸枣仁皂苷B的含量均高于S1。结论:本课题利用转基因培育ZjPYR1、ZjPYL8拟南芥异源过表达株系,通过分析T3代阳性苗萌发率、根长变化、亚细胞定位、气孔开度等生理表型,确定ABA可以有效地增加ZjPYR1、ZjPYL8的稳态。通过HPLC-ELSD法测定ABA、Na Cl处理前后酸枣幼苗斯皮诺素、酸枣仁皂苷A、酸枣仁皂苷B含量,证明渗透胁迫可增加酸枣幼苗有效成分含量。利用q RT-PCR法验证ZjPYR1、ZjPYL8与有效成分生物合成途径基因存在量效关系。本课题通过ZjPYR1、ZjPYL8基因功能验证和酸枣幼苗渗透胁迫条件下有效成分测定,从分子水平和化学分析水平探索酸枣中ABA受体调控响应基因表达,促进有效成分合成与积累的机制,为科学栽培酸枣,提高酸枣品质提供新思路。
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