河北杨脱水素(Phdhn1)基因的克隆与表达分析

【作者】 任媛媛； 王泽亮； 张志毅；

【机构】 北京林业大学林木育种国家工程实验室,林木花卉遗传育种教育部重点实验室；

【摘要】 脱水素(Dehydrin)属于LEA D-II蛋白家族,在植物受到干旱、低温和高盐等引起脱水的胁迫条件下能够诱导表达,可以部分替代水分子,保持细胞液处于溶解状态,从而避免细胞结构的塌陷,稳定和保护蛋白质的结构及功能,起到了分子伴侣和亲水性溶质的作用。河北杨(Populus hopeiensis Hu et Chow)属于杨柳科杨属白杨派山杨亚派,是我国特有树种,广泛分布于西北、华北各省区,其根系发达,生长较快,适于生长在高寒多风地区,特别是其耐寒、耐干旱、耐瘠薄的特性,使之成为黄土高原半干旱地区少有的能够上山栽植、生长稳定、可以成材的乔木树种,在水土保持、林业生产和经营中占有重要地位。因此,开展河北杨抗逆基因的分离与鉴定研究,将有助于推进杨树乃至林木的抗性育种工作。本研究以干旱处理的河北杨为试验材料,在前期获得的一个河北杨脱水素TDF(Transcript derived fragment)片段的基础上,根据相应的毛果杨基因组序列与杨树EST序列设计引物,从河北杨中克隆获得了一个脱水素全长基因。测序结果表明该基因全长为856bp,包含一个681bp的完整的开放读码框,共编码227个氨基酸。在NCBI数据库中比对后发现所得到的河北杨基因序列与杨属植物中的P.tremula var.davidiana Taebaek-1 dhn基因[EF639400.1]、P.albadhn基因[EF639405.1]、P.euramericana dhn1基因[AJ300524.4]等脱水素基因都具有95%以上的序列一致性,故将其命名为Phdhn1基因。Phdhnl氨基酸序列包括两个重复的富含赖氨酸残基的K片段和由7个连续的丝氨酸残基组成的S片段,属于脱水素家族中典型的SKn型脱水素。K片段位于C端,它能形成双亲性的a-螺旋,是脱水素的重要功能结构,可以防止蛋白质和膜的变性:而S片段,有证据表明它的磷酸化可以使脱水素在信号肽的引导下进入细胞核,与脱水素的运转和定位有关。半定量RT-PCR分析表明Phdhnl基因在不同胁迫条件下表达有差异,其中低温、干旱及ABA处理能够诱导基因的表达。在干旱和ABA胁迫条件下该基因的表达呈现先上升后下降的趋势,分别在失水率为30%时和ABA处理2h时表达量最高;在低温胁迫下表达呈先下降再上升后下降的趋势,在处理1h时表达最低,在处理5h时表达量达到高峰,而在高温与NaCl胁迫条件下,基因转录水平基本保持不变,说明Phdhnl基因很可能参与了河北杨低温、干旱胁迫耐受性表达过程及依赖于ABA的胁迫信号转导途径。为了进一步研究Phdhnl基因的功能,通过农杆菌介导的叶盘转化法,获得了多个转基因烟草株系,转Phdhnl基因对烟草基因表达、生理生化状态及表型的影响正在进一步鉴定中。更多还原