木薯MeGolS基因的克隆及抗旱功能分析

【作者】 李瑞梅； 范洁； 王雨晴； 张帆； 胡新文； 郭建春；

【机构】 中国热带农业科学院热带生物技术研究所农业部热带作物生物学与遗传资源利用重点实验室； 海南大学；

【摘要】 植物受到环境胁迫时,可以迅速合成并积累不同种类的渗透调节物质来维持植物细胞内正常的生理机能,避免植物受到胁迫伤害,棉子糖系列寡糖(RFOs)即为一种小分子渗透调节物质。正常生长条件下,棉子糖系列寡糖在植物体内积累量相对较少,而受到外界的胁迫时,其含量会迅速增加。肌醇半乳糖苷合成酶(Galactinol synthase,GolS)是棉子糖合成过程中的关键酶,是植物应对环境胁迫的关键基因。木薯作为一种热带亚热带作物,具有耐旱的生理特性,研究木薯中肌醇半乳糖苷合成酶的结构与功能,对揭示木薯抗旱机理具有重要意义。本文采用RT-PCR从木薯基因组中克隆了7个肌醇半乳糖苷合成酶基因MeGolS1-7登录号分别为:MeGolS1(KF793045)、MeGolS2(KF793046)、MeGolS3(KJ722606)、MeGolS4(KJ722605)、MeGolS5(KJ722604)、MeGolS6(KJ722603)、MeGolS7(KJ816317)。MeGolSs基因在20%PEG6000模拟干旱胁迫下实时荧光定量PCR分析表明,MeGolS3在干旱胁迫处理时下调表达;MeGolSl、MeGolS5能够更明显地响应干旱胁迫,基因表达量大幅度上调;MeGolS5在处理后3 h即达到最大值,表明其能更迅速地积极响应干旱胁迫,而进化树分析,发现MeGolS5与已知的与抗旱相关的AtGolS2相似性很高,推测MeGolS5在干旱胁迫下起到重要作用。通过农杆菌介导法将MeGolS5基因转入哥伦比亚拟南芥中,利用PCR获得6个不同转基因株系,对其中3个株系进行了RT-PCR鉴定与酶活鉴定,干旱胁迫下的发芽率实验发现转基因拟南芥的发芽率明显高于对照;盆栽苗干旱处理表型观察发现,处理21 d的转基因拟南芥仍可正常生长,而野生型拟南芥的叶片卷曲萎蔫,接近死亡,表明转MeGolS5的拟南芥抗旱性更强。qRT-PCR分析发现MeGolS5过量表达转基因拟南芥中抗旱相关基因(SOD1,POD,APX1,CAT1,CMO和DHAR)的表达量显著高于非转基因拟南芥。推测MeGolS5的在木薯抗旱过程中起着重要的正向调控作用。更多还原