摘要
天麻(Gastrodia elata)是中国传统大宗药材,是一种药食兼用植物.天麻无根无叶,只能通过消化侵染的蜜环菌(Armillaria mellea)获取营养.氮素营养是天麻和蜜环菌生长所必需的,谷氨酰胺合成酶(glutamine synthetase,GS)在氮素代谢方面起着重要作用.天麻自然生长周期长,常受到冬天和早春低温胁迫.研究表明,过表达细胞质GS1基因能提高植物氮素利用、植物发育和盐胁迫耐性,但GS1基因对低温胁迫的抗性作用还不清楚.本研究从天麻转录组数据库中筛选到GS1基因5'端CDS序列,通过巢式PCR技术克隆其全长,并构建其过表达载体pH2GW7.0-35s-GS1和原核表达载体pET-32a-GS1.pET-32a-GS1转化大肠杆菌(Escherichia coli)Bl21进行蛋白表达纯化获得GS1酶蛋白.该酶的最适pH为4,最适温度为50℃.低浓度5 mmol/L Ca2+、Mg2+和K+条件下对GS1酶活性有促进作用,9 mmol/L高浓度金属离子对GS1酶活性有抑制作用.过表达GS1蜜环菌与野生蜜环菌相比,在低温13℃条件下能显著提高与谷氨酸和谷胱甘肽合成有关的GS、谷氨酸合成酶(glutamate synthase,GoGAT)、谷氨酸脱氢酶(glutamate dehydrogenase,GDH)、谷胱甘肽还原酶(glutathione reductase,GR)和谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase,GPX)基因表达水平,提高脯氨酸、谷胱甘肽和可溶性糖含量,降低H2O2 和丙二醛(malondialdehyde,MDA)含量,明显促进蜜环菌生长.研究结果表明,过表达天麻GS1基因能够提高蜜环菌在低温条件下的生长能力,本研究为进一步提高天麻产量提供了参考.
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