杨树油菜素内酯合成基因DET2的克隆与功能分析

[目的]DET2基因编码一个5α-还原酶,是油菜素内酯(BRs)合成过程中的关键限速基因。研究DET2基因在杨树生长发育中的作用,对于进一步研究油菜素内酯在木本植物中的调控机制有重要意义。[方法]从银腺杨84K(Populus alba×P. glandulosa,‘84K’)克隆得到拟南芥AtDET2同源基因PagDET2,利用生物信息学对其进行序列比对、生化特征分析、构建系统发育进化树。通过RT-PCR分析其在杨树中的表达模式。构建由CaMV 35S强启动子驱动的过表达载体,通过农杆菌介导的叶盘转化法转化84K杨,得到PagDET2-OE转基因植株。分析过表达DET2基因对于转基因植株内源BRs含量、植株生长和抗逆的影响。[结果]克隆了包含全长编码区PagDET2基因全长,可编码一个长度为257个氨基酸的蛋白质。其蛋白序列与毛果杨、拟南芥、水稻、棉花、大豆、番茄DET2蛋白同源性较高,说明该基因在进化过程中相对保守。PagDET2在84K杨不同组织中均检测到表达,其在茎中的表达较高。通过ELISA检测植物BRs含量发现,过量表达DET2可以显著提高杨树内源BRs含量。过量表达DET2基因,可以导致转基因植株的高生长,但对盐胁迫更加敏感。[结论]DET2基因作为BRs合成的关键基因,在杨树中过量表达可以显著提高内源BRs含量,促进植株增高。DET2转基因植株的获得为进一步分析BR参与木本植物生长发育的调控机制奠定了基础。

油菜素内酯合成酶(Steroid 5α-Reductase)基因的超量表达对毛白杨生长的影响

将棉花Steroid 5α-reductase基因(DET2)超量表达载体导入毛白杨中,观察其对毛白杨生长和芽休眠的影响。结果表明,超量表达DET2基因的毛白杨茎高度、直径生长和不定根的生长增强,芽的休眠破除提前。

外源油菜素内酯对茶树光合特性的影响

24-表油菜素内酯(EBR)是一种重要的植物激素,在植物对多种逆境的抵抗中发挥着重要的作用。本试验以田间龙井43、清明早和香菇寮白毫茶树品种为试验材料,研究了外源EBR处理对茶树叶片光合特性、Rubisco与FBPase活性及其相关基因表达量的影响。结果表明外源EBR(0.1 mg·L-1)处理后,龙井43、清明早和香菇寮白毫的叶片净光合速率分别提高了49.06%、45.49%和92.34%;最大羧化速率(Vcmax)分别提高了21.82%、21.68%和33.47%,最大再生速率(Jmax)分别提高了17.16%、23.86%和23.23%;Rubisco和FBPase活性显著提高(P<0.05);Rubisco和FBPase相关基因表达量显著(P<0.05)提高。可见,外源EBR可以通过调控基因表达提高茶树叶片中Rubisco和FBPase的活性以及Rubisco最大羧化速率和Ru BP的最大再生速率,从而促进茶树光合碳固定,提高茶树的光合速率。

油菜素内酯合成酶基因DAS5促进杨树生长及提高抗旱性的作用

以河北杨(Populus hopeiensis)为材料,研究拟南芥(Arabidopsis thaliana)油菜素内酯(BR)生物合成酶基因DAS5对其生长表型、生物量及抗旱性的影响。结果表明:(1)转DAS5基因河北杨植株的根长、地径、叶柄及叶片长度均显著大于野生型植株,且地上、地下部分干重及根冠比显著高于野生型,其拥有发达的根系;(2)在干旱胁迫下,转DAS5基因河北杨植株失水褪绿速度较野生型植株缓慢,在复水后转基因植株能够较早较好地恢复活力,萌发较多的新幼芽且长势良好;(3)控水期间,转基因河北杨的相对生长率显著高于野生型,且随着干旱胁迫程度的加剧,其可溶性糖含量、游离脯氨酸含量、过氧化氢酶(CAT)活性、超氧化物歧化酶(SOD)活性均显著高于野生型。实验结果表明,与野生型相比,转基因植株具有较高的生长量与较强的抗干旱胁迫能力,说明来自拟南芥的BR生物合成酶基因DAS5可以显著增加河北杨的生长量并在抵御干旱胁迫机制中发挥重要作用。