杨树HB7a/b基因的功能分析

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中文摘要：HD-Zip家族的蛋白由亮氨酸拉链(LZ)及其相关的同源结构域(HD)组成，又分为HD-ZipⅠ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ四个亚家族，研究表明HD-Zip Ⅰ亚家族成员与干旱胁迫等非生物胁迫有关，本文研究的HB7a/b基因属于HD-Zip I亚家族。通过对前期的RNA-seq数据进行分析，发现杨树中有两个ATHB7同源基因（HB7a及HB7b）在经过盐处理后表达量显著上调。为解析杨树HB7a/b基因的功能，本研究通过RT-qPCR进一步分析了HB7a/b基因在杨树中的表达模式；通过杨树原生质体转化系统分析了HB7a/b的亚细胞定位；利用农杆菌叶盘侵染转化法，获得HB7a/b过表达、显性抑制及基因编辑转基因株系；通过表型观察、生长统计、茎段徒手切片染色等系列实验分析HB7a/b基因在杨树生长发育中的功能；通过气孔观察、离体叶片失水处理、MWS（中度水分胁迫）处理、短期干旱处理等实验分析HB7a/b基因在杨树抗干旱胁迫方面的调控作用。现将主要研究结果陈述如下：（1）HB7a/b基因在韧皮部及木质部均有较高的表达水平，但次生韧皮部的表达量显著高于次生木质部。（2）HB7a/b蛋白为核定位。（3）84K杨树中，HB7a基因CDS全长714bp，HB7b基因CDS全长717bp。HB7a基因CDS碱基序列与毛果杨序列相似性为97.2%，HB7b基因CDS碱基序列与毛果杨序列相似性为99.2%。（4）构建HB7a/b的35S∷HB7a、35S∷HB7b过表达载体，35S∷HB7a-SRDX、35S∷HB7b-SRDX显性抑制载体，HB7a/b CRISPR/Cas9介导的基因编辑载体。通过农杆菌侵染转化法，分别获得12、9、6、9个35S∷HB7a过表达载体、35S∷HB7b过表达载体、35S∷HB7b-SRDX显性抑制载体、HB7a/b基因编辑载体独立的转基因株系。（5）HB7a的过表达转基因株系L21的株高、茎粗等生长量高于野生型对照，HB7b过表达转基因株系L1、L3的株高、茎粗等生长量低于野生型对照，HB7b显性抑制转基因株系L5、L10和CRISPR转基因株系L6的株高与野生型对照接近。（6）相较于野生型，HB7a/b过表达转基因植株维管细胞数量明显增加，且纤维细胞壁及维管细胞壁略增厚；同时，HB7b过表达转基因植株的次生韧皮部变窄。（7）HB7a/b基因促进根部生长发育：HB7a/b过表达转基因植株较野生型生根更早、根部更长，且侧根数量增加；而显性抑制转基因植株较野生型生根更晚、根部短小，且侧根数量减少。（8）HB7b基因参与调控气孔关闭：HB7b过表达转基因植株气孔导度及数量较野生型更少，且HB7b过表达转基因植株离体叶片水分损失率明显低于野生型。（9）在中度水分胁迫（MWS）中，HB7a/b过表达转基因植株为维持相同罐重的需水量明显少于野生型。（10）相较于野生型，HB7a/b过表达转基因植株更加抗旱，而显性抑制及基因编辑突变体则对干旱更加敏感。

作者：

杨卓然

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关键词：

杨树 HB7a/b基因转基因植株干旱胁迫次生生长

授予学位：

硕士

学科专业：

林业

导师：

刘丽君

学位年度：

2022

学位授予单位：

山东农业大学

语种：

中文

中图分类号：