LHCB7对乙酰甲胺磷影响番茄叶片光合作用的分子调控机制

来源 :安徽农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:b411574103
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乙酰甲胺磷(acephate,ACE)是一种农业生产中广泛应用的内吸性有机磷类杀虫剂,常用于防治多种咀嚼式、刺吸式口器害虫和害螨,其代谢物甲胺磷具有强烈的毒性并对人类健康存在威胁。课题组前期研究发现,外源物质ACE影响番茄叶片光合作用,其中光合作用天线蛋白通路Photosynthesis antenna proteins在低浓度乙酰甲胺磷处理条件下,表现出上调趋势,而在高浓度处理后,该通路则被抑制。为进一步探究ACE影响番茄叶片光合作用的分子机制,本文采用CRISPR/Cas9基因编辑技术构建光系统II天线蛋白通路叶绿素a/b结合蛋白7(light-harvesting complex II chlorophy11 a/b binding protein 7,LHCB7)基因突变体,并检测ACE对突变体与野生型叶片光合效率的影响,分析、推测LHCB7基因在ACE影响光合作用中的功能。本论文主要结果如下:(1)ACE能够影响番茄光合作用,其中低浓度(30 mg/L)ACE初始阶段促进叶片光合量子产量并提高相对电子速率,提升光合作用效率;推荐使用浓度(300 mg/L)ACE随着时间的推移而抑制光合作用;高浓度(1000 mg/L)ACE则破坏植株光合机制,损伤叶片组织。(2)采用CRISPR/Cas技术成功得到了3种Alsa Craig番茄阳性纯合基因编辑植株(ΔLHCB7-12,ΔLHCB7-15和ΔLHCB7-16),其中ΔLHCB7-12突变体属于插入片段突变,而ΔLHCB7-15(H14M,G15A,K16R,S17G,L18V)和ΔLHCB7-16(R12,L13敲除)突变体属于基因片段敲除突变。ΔLHCB7-12突变体为假阳性,相比野生型,ΔLHCB7–15突变体光合生理功能加强,但ΔLHCB7–16突变体与野生型植株无显著差异。突变体与野生型植株叶片叶绿素a和类胡萝卜素含量存在差异,其中ΔLHCB7-16中叶绿素a较野生型含量下降,ΔLHCB7-15中类胡萝卜素较野生型含量下降,突变体中叶绿素a/b比值较野生型均有不同程度下降且存在显著性差异。(3)突变体内天线蛋白通路参与基因表达量皆上调,其中在两个突变体中LHCB1、LHCB2和LHCB3表达量上调最为显著,而目的基因LHCB7在ΔLHCB7-16表达量中上调幅度比ΔLHCB7-15体内表达量更为显著。(4)推荐使用浓度ACE处理的野生型与突变体,叶片光合作用参数无显著差异性;在高浓度ACE胁迫条件下,ΔLHCB7-15叶片自身具有较强的光保护功能,抗氧化酶系POD、SOD活性显著提升,能快速清除体内活性氧自由基ROS,缓解对植物细胞的损害,对ACE造成的光合作用胁迫表现出显著的耐受性。综上所述,低浓度ACE处理后,初始阶段能够提升番茄叶片光合作用效率,而高浓度ACE则显著抑制植物光合作用,生长受损,产生隐性药害。LHCB7基因调控ACE对光合作用的影响,ΔLHCB7-15突变体可显著提升植株叶片对ACE胁迫的耐受性。本论文研究结果可以为高效、合理利用有机磷农药提供参考,也可以为研究农药隐性药害的产生提供理论依据。
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