转反义硫氧还蛋白基因小麦萌发种子中蛋白质的变化(英文)

硫氧还蛋白h(thioredoxin h,Trxh)是一类广泛存在于生物体内的多功能活性蛋白,分子量约为12kD,它通过还原靶蛋白中的二硫键参与酶活性调节、抗胁迫、信号传导等许多重要的生命活动。硫氧还蛋白h能促进谷物类种子萌发过程,主要表现在以下2个方面:(1)在籽粒萌发期间,硫氧还蛋白可通过还原储存蛋白的分子内二硫键使其更易于被降解;(2)硫氧还蛋白也可以直接地通过将酶还原或者间接地通过使酶抑制蛋白失活而激活酶。源于Phalaris coerulescens的trxs基因(thioredoxin s,trxs)与小麦硫氧还蛋白h基因(thioredoxin h,trxh)同属于硫氧还蛋白基因家族,它们的cDNA有94%的同源性,表达产物也有相似的生物功能。我们采用基因枪法将反义trxs基因导入小麦,获得了可稳定遗传的小麦,并检测出转基因种子中硫氧还蛋白h表达量、水溶蛋白和醇溶蛋白的还原状态以及a-淀粉酶活性均低于对照小麦;另外,通过模拟降雨抗穗发芽试验证实转基因株系具有很强的抗穗发芽能力。以转反义trxs基因抗穗发芽小麦为材料,检测反义trxs基因小麦籽粒萌发过程中蛋白质的变化,探讨转反义trxs基因小麦的抗穗发芽机理。研究表明反义trxs基因能够减缓KCl可溶性蛋白中Chloroform-methanol(CM)蛋白向代谢类蛋白的转化进程,在萌发初期降低籽粒代谢类蛋白的含量,使籽粒代谢速度下降,而CM蛋白主要包含一些分子量小于20kD的蛋白质。在籽粒成熟过程中,硫氧还蛋白能够阻止麦谷蛋白亚基形成谷蛋白聚合体的过程,在转基因小麦中麦谷蛋白更易于形成大分子量的谷蛋白大聚合体,使得转基因小麦中的谷蛋白在萌发初期更难于被水解,因此转基因小麦籽粒会因谷蛋白难于降解而萌发较慢。另外,反义trxs基因减慢了麦胚中10kD蛋白的降解过程。

转外源Trxs基因大麦耐盐性有关生理生化特性分析

以过量表达硫氧还蛋白s基因(Trxs)的转基因大麦株系(LSY-11-1-1)及其非转基因对照(CK)为试验材料,研究了50mmol/L盐胁迫条件下,Trxs过量表达对大麦幼苗耐盐性有关生理生化特性的影响。结果显示:盐胁迫下转基因大麦的鲜重与干重高于对照,而丙二醛(MDA)与羰基含量低于对照。盐胁迫下转基因大麦幼苗叶片的过氧化物歧化酶(SOD)活性与过氧化氢酶(CAT)活性普遍高于对照。转基因大麦类囊体中铁蛋白大量积累的持续时间比对照长。由此可以推测,Trxs至少可以通过两条途径缓解盐胁迫对大麦幼苗生长的抑制作用:一方面增强抗氧化酶活性、有效清除过量产生的活性氧;另一方面能促进铁蛋白含量的增加、抑制Fenton反应来减少活性氧的过量产生,从而赋予转基因大麦幼苗更强的抗盐胁迫能力。

转TrxS基因大麦Y001籽粒灌浆期淀粉酶活性变化研究

对过量表达PaTrxS基因的T4代稳定大麦品系Y001不同灌浆期种子中α-淀粉酶和β-淀粉酶活性的变化进行了动态跟踪。经PCR检测,转基因大麦豫啤1号(YP1)植株均出现了886 bp的目的带,说明目的基因已经整合到大麦基因组上。对不同发育时期转基因种子和对照种子的α-淀粉酶和β-淀粉酶活性进行测定,结果表明:转TrxS基因种子的α-淀粉酶活性在花后30 d内均比对照高,且峰值出现较对照早5 d;β-淀粉酶活性在整个籽粒发育时期都明显高于对照,差异达到极显著水平。表明TrxS基因对啤酒大麦的淀粉酶活性有促进作用。同时转基因大麦种子在成熟期淀粉含量和蛋白组分含量与对照相比差异并不明显。

TrxS基因过表达对大麦种子抗老化能力的影响

为探索TrxS基因对转基因大麦种子耐贮藏能力的影响,以转TrxS基因大麦纯合株系Y002及其非转基因受体(CK1)为材料,采用高温高湿老化处理法,研究了TrxS基因过表达对转基因大麦种子耐贮藏性的影响。结果表明:(1)与非老化处理(CK2)相比,老化处理导致大麦种子发芽率和发芽势显著下降(P<0.05),转基因株系Y002种子发芽率和发芽势的降低速率慢于非转基因种子(CK1),处理3d时Y002种子的发芽势和发芽率分别比CK1高20.00%和22.20%(P<0.05);(2)大麦种子中MDA、羰基含量和相对电导率等氧化损伤指标均随着老化处理时间的延长而增加,转基因株系Y002的上述指标增加率普遍低于CK1,处理3d时Y002的MDA含量、羰基含量和电导率分别比CK1低22.69%、15.02%、17.75%(P<0.05);(3)在老化处理条件下,转基因种子的抗氧化酶活性高于CK1,处理3d时Y002的CAT活性与处理2d的POD活性分别比CK1高23.77%和43.27%(P<0.05)。以上结果说明,TrxS过表达能有效缓解高温高湿处理对大麦种子造成的氧化损伤,增强转基因大麦种子的抗老化能力。

过量表达Trxs对H_2O_2胁迫下大麦幼苗叶片抗氧化酶活性的影响

[目的]分析过量表达Trxs对大麦幼苗叶片抗外源氧化剂胁迫的影响,为分析Trx参与植物抗氧化胁迫机制提供理论依据。[方法]以转Trxs基因大麦株系(LSY-11-1-1)及其非转基因对照株系为试材,研究了在1.5 mmol/L H2O2胁迫条件下,Trxs过量表达对大麦幼苗叶片抗氧化酶活性的影响。[结果]在H2O2胁迫下,转基因大麦的Fv/Fm与Fv/Fo值高于对照,而丙二醛与H2O2含量低于对照;转基因大麦的过氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)与谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)活性普遍高于对照;转基因大麦与对照的SOD与GSH-PX活性变化趋势不一致;转基因大麦出现2次活性高峰,而对照仅1次。[结论]过量表达Trxs能够通过增强抗氧化酶活性有效地缓解HO胁迫对转基因大麦幼苗生长所造成的氧化损伤。