橡胶树草甘膦抗性相关基因HbEPSPS结构与调控因子解析

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巴西橡胶树(Hevea brasiliensis Muell.Arg.)是生产天然橡胶的热带经济作物,属于大戟科。在橡胶树生长过程中经常会遇到干旱、药害和病害等因素的影响,造成天然橡胶产量下降,导致经济损失。草甘膦(Glyphosate)为灭生性除草剂,具有高效性与广谱性的特点,是应用范围广和销售量较大一类有机磷农药。田间施药过程中,由于施药不准确和药剂漂移等原因常会造成药害。草甘膦主要通过抑制植物体内莽草酸途径中5-烯醇式丙酮酸莽草酸-3-磷酸合成酶(EPSPS)活性,阻碍植物合成苯丙氨酸、苏氨酸及酪氨酸,抑制合成植保素等植物次生代谢物,影响植物正常生理生化反应。橡胶树Hb EPSPS基因表达受草甘膦、激素、干旱、白粉菌和机械伤害等逆境胁迫调控。b ZIP转录因子家族参与干旱,盐,涝渍和极端温度等非生物和生物胁迫应答过程。前期研究表明,橡胶树草甘膦药害会造成橡胶苗新叶畸形,提前喷施ABA会缓解草甘膦药害。然而,草甘膦药害下ABA信号途径关键成员Hbb ZIP基因家族成员表达规律如何,Hbb ZIP是否转录调控Hb EPSPS进而调控橡胶树对草甘膦药害抗性尚不清楚。本研究采用生物信息学、分子生物学和植物病理学相关技术,全面分析并设计Hb EPSPS点突变基因;构建植物表达载体并转入拟南芥研究Hb EPSPS点突变基因功能;克隆鉴定橡胶树Hbb ZIP基因家族成员;采用荧光定量PCR技术,分析Hbb ZIP在草甘膦、ABA和白粉菌处理下的表达模式,结果如下:1、通过生物信息学分析表明Hb EPSPS启动子区域具有b ZIP结合位点。2、采用点突变技术获得4个不同Hb EPSPS点突变基因,并将点突变基因Hb EPSPS-G101A构建到p CAMBIA1300植物双元表达载体上,经过测序检测证明载体构建序列完全正确。3、通过生物信息学方法鉴定了5个巴西橡胶树b ZIP基因家族成员,同源性比对分析将巴西橡胶树5个b ZIP基因分别命名为Hbb ZIP23、Hbb ZIP41、Hbb ZIP55、Hbb ZIP56和Hbb ZIP63。编码蛋白质长度范围为211-416aa,等电点范围为6.09-9.51,均具有b ZIP保守元件和磷酸化位点。将巴西橡胶树5个b ZIP基因、拟南芥及水稻b ZIP家族成员构建进化树分析表明,Hbb ZIP63属于C亚族,Hbb ZIP23属于F亚族,Hbb ZIP56属于H亚族,Hbb ZIP41和Hbb ZIP55属于G亚族。4、通过ABA、草甘膦和白粉菌处理下橡胶树叶片荧光定量分析发现5个Hbb ZIP基因均不同程度响应植物逆境胁迫,Hbb ZIP55和Hbb ZIP63在植物抵抗草甘膦胁迫方面具有重要的生理功能,Hbb ZIP63基因在植物抵抗白粉病侵染方面具有重要的生理功能。本研究将为阐明Hb EPSPS点突变提高橡胶树草甘膦药害抗性的作用机制,解析Hbb ZIP转录调控Hb EPSPS在橡胶树草甘膦药害抗性作用机制提供指导。
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