梨PbWRKY41通过调控PbXND1影响木质部发育及响应干旱胁迫的分子途径解析

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梨PbWRKY41通过调控PbXND1影响木质部发育及响应干旱胁迫的分子途径解析

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中文摘要：西北地区是我国梨的主要产区之一，但由于该产区处于干旱、半干旱区域，降雨量少并且分布不均，影响了梨树正常的生长和结果。干旱缺水已成为限制西部梨产业持续健康发展的关键问题。课题组前期鉴定了一个影响梨木质部发育的 NAC 转录因子PbXND1，并初步发现其可能影响植物对干旱胁迫的响应，但其内在分子机制尚不清楚。本研究明确了PbXND1基因可以负调控植物的抗旱性，并在其上游筛选到一个WRKY转录因子PbWRKY41。通过转基因烟草和转基因杜梨根系鉴定和验证PbWRKY41在木质部发育和干旱胁迫中的功能，解析PbWRKY41响应干旱胁迫的分子途径。主要研究结果如下： 1. PbXND1负调控抗旱性。本研究发现PbXND1过表达烟草对干旱更为敏感。转基因 PbXND1 植株中过氧化氢、丙二醛、超氧阴离子含量较高，过氧化氢酶和超氧化物歧化酶活性降低，说明PbXND1负调控抗旱。过表达PbXND1烟草植株呈现出不耐旱的表型。 2. PbWRKY41结合PbXND1启动子的W-box元件并降低PbXND1启动子活性。分析PbXND1启动子序列，发现PbXND1启动子上具有两个W-box元件。酵母单杂交试验验证PbWRKY41可结合PbXND1启动子。双荧光素酶试验和β-葡萄糖醛酸酶染色试验结果表明PbWRKY41抑制PbXND1启动子活性。上述结果表明，PbWRKY41结合PbXND1启动子的W-box元件并降低其启动子活性。 3. PbWRKY41抑制植株木质部和导管发育。为进一步明确PbWRKY41的功能，在烟草和杜梨根系中过表达PbWRKY41基因，石蜡切片结果表明转基因烟草的茎和转基因杜梨的根系木质部的比例更高，导管密度大且孔径小，木质部发育得到促进，木质部发育相关基因PbHCT、PbCESA4、PbVND7等表达趋势与之相符。PbWRKY41过表达烟草株系中生长素和脱落酸含量降低，赤霉素含量升高。以上结果表明，PbWRKY41基因通过影响木质部激素水平进而影响木质部的发育。 4. PbWRKY41转录因子提高转基因烟草株系抗旱性。PbWRKY41转基因烟草茎部导水率升高，吸水能力提高，耐旱能力提高，具有更高的抗氧化酶活性（过氧化氢酶和超氧化物歧化酶）和更低含量的过氧化氢、丙二醛和超氧阴离子；检测基因表达量发现，干旱相关基因（NtCAT、NtSOD、NtP5CS和NtADC2）上调，说明PbWRKY41通过提高植株吸水能力和抗氧化酶活性以及抗旱基因的表达增强转基因植株抗旱性。综上所述，PbWRKY41通过抑制PbXND1启动子活性，从而促进木质部导管发育，提高导水率，减少水分亏缺胁迫。其次通过提高抗氧化酶活性和上调干旱相关基因表达来应对干旱胁迫。

作者：

郄冰清

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关键词：

梨转基因育种 PbWRKY41基因基因表达木质部发育干旱胁迫调控功能

授予学位：

硕士

学科专业：

果树学

导师：

徐凌飞

学位年度：

2024

学位授予单位：

西北农林科技大学

语种：

中文

中图分类号：

S6