小麦ALDH7基因的克隆及其在抗旱和耐盐过程中的功能研究

【作者】 陈加敏； 曹双河； 王献平； 张相岐；

【机构】 中国科学院遗传与发育生物学研究所植物细胞与染色体工程国家重点实验室；

【摘要】 环境胁迫是影响植物生长、作物产量以及物种分布的重要因素之一。干旱和高盐等逆境造成的渗透胁迫能够造成植物细胞内快速积累过量的活性氧物质(ROS),如醛类物质。它们不仅能与蛋白、氨基酸、核甘酸等物质反应,破坏它们的正常功能,而且能导致脂质过氧化链式反应,危害细胞膜系统的正常生理功能。为了降低这些活性氧物质对细胞的毒害作用, 植物体内会诱导表达大量的抗氧化酶和活性氧降解酶,如醛脱氢酶(ALDH)等。目前已发现多种被干旱或高盐等胁迫诱导的醛脱氢酶能够参与抗氧化防御反应,或通过催化合成渗透保护物质,参与细胞渗透调节反应,在植物抗逆境胁迫反应过程中发挥重要作用。本研究从六倍体将通小麦和其三个二倍体祖先种中分离到6个 ADLH7醛脱氢酶基因,被命名为 TuALDH7, AesALDH7,AetALDH7,TaALDH7-1,2,3。这6个基因的核苷酸序列之间具有96%以上的同源性。它们对应的蛋白序列具有典型的 ALDH7结构特征,包括醛脱氢酶谷氨酸活性位点、PR-box、催化位点和 C-box。ALDH7的表达受 PEG 和 NaCl 等胁迫环境诱导。在 PEG 渗透胁迫条件下, ALDH7基因在茎和叶中的表达量高于根和小穗。利用洋葱表皮细胞进行的亚细胞定为实验显示,TaALDH7-1-GFP 荧光信号出现在细胞质中,说明 ALDH7是细胞质酶。体外酶活性测试显示 TaALDH7-1酶以 NAD+为辅酶因子,具有乙醛脱氢活性。利用病毒介导的基因沉默(VIGS)系统沉默对克隆的6个 ALDH7基因进行了功能分析,结果表明,当 ALDH7基因被病毒沉默后, 随着基因转录水平的明显下调,植株对干旱和高盐的抗性也明显降低。拟南芥 aldh7b4缺失突变体对干旱和高盐敏感。TaALDH7-1转入拟南芥 aldh7b4缺失突变体后,能够恢复突变体在干旱和高盐胁迫下的野生型表型。证明醛脱氢酶 ALDH7在植物抗干旱和盐胁迫中有重要作用。但 TuALDH7,AesALDH7,AetALDH7,TaALDH7-1,2,and 3的基因沉默植株与拟南芥 aldh7b4 缺失突变系在正常生长环境下与野生型对照没有明显的表型差异。证明 ALDH7对植株的正常生长发育没有影响,但在植株抵抗或适应干旱和高盐等逆境胁迫过程中起着重要的抗氧化胁迫作用或解毒作用。更多还原