CN101519661A - 拟南芥基因At4g31870在植物抗光氧化胁迫方面的应用 - Google Patents
拟南芥基因At4g31870在植物抗光氧化胁迫方面的应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种拟南芥基因At4g31870在植物抗光氧化胁迫方面的应用，同时，还涉及该基因At4g31870在培育抗高温胁迫转基因植物品种方面的应用。本发明编号为At4g31870的基因编码一个谷胱甘肽过氧化物酶，主要定位在叶绿体内，该基因的缺失突变体对强光敏感，表现出显著的光漂白现象。本发明通过对At4g31870基因的分离和基因功能的分析鉴定，确立了At4g31870在植物抗光氧化胁迫中的作用及其调节机制，为培育抗光氧化胁迫的转基因作物新品种奠定了理论和生产实践基础。本发明从拟南芥中克隆得到能够调节植物抗氧化胁迫反应的基因At4g31870，为获得抗光氧化胁迫作物新品系提供了遗传学材料和基础。
Description
技术领域
本发明涉及一种拟南芥基因At4g31870的应用，尤其涉及该基因在植物抗光氧化胁迫方面的应用，同时，还涉及该基因At4g31870在培育抗高温胁迫转基因植物品种方面的应用，属于基因工程领域。
背景技术
光合作用是光合器官利用光能驱动合成有机化合物的复杂的物理和化学过程，植物、藻类和一些光合细菌都能进行光合作用。虽然植物的光合作用离不开光能，但是过量的光照，反而会对植物造成潜在的危害，因为强光能抑制光合作用，降低光合作用的效率和最大光合速率，严重时还会造成光合机构的光氧化破坏，从而造成农业的大量减产。随着分子生物学和基因工程研究的深入，国际上很多实验室也试图寻找与光氧化胁迫的相关基因，拟通过基因工程技术改良作物对强光的抗性，但这方面的研究进展也仍然很缓慢。因此，认识植物对光氧化胁迫的反应机制，提高植物的抗性，是农业增产的重要基础。
现有研究表明，当光照强度过高时，植物体内会伴随着大量的活性氧(Reactive Oxygen Species，ROS)产生。谷胱甘肽过氧化物酶(GlutathinePeroxidase，GPX)是抵御氧化胁迫的一种重要防御酶，其在动物和酵母中清除活性氧的功能已被证明。但它在植物中如何应答外界胁迫，如何感受和是否能够清除非生物胁迫产生的ROS还未见报道。因此，克隆和鉴定植物中GPX功能，并研究其与光氧化胁迫的关系，具有重要的理论意义和实际应用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种拟南芥基因At4g31870在植物抗光氧化胁迫方面的应用，以拓展基因At4g31870的应用范围。
同时，本发明的目的还在于提供一种拟南芥基因At4g31870在培育抗光氧化胁迫转基因植物方面的应用。
为了实现上述目的，本发明的技术方案采用了一种拟南芥基因At4g31870在植物抗光氧化胁迫方面的应用。
所述的基因At4g31870为拟南芥谷胱甘肽过氧化物酶家族基因，该基因的CDS长度为702bp，编码233个氨基酸的蛋白，该蛋白为一个谷胱甘肽过氧化物酶，该基因编码的蛋白定位在叶绿体。
所述的At4g31870的基因编码一个谷胱甘肽过氧化物酶，定位在叶绿体内。
所述的At4g31870基因从拟南芥资源中心(ABRC，Ohio StateUniversity)获得。
同时，本发明的技术方案采用了一种拟南芥基因At4g31870在培育抗光氧化胁迫转基因植物方面的应用。
将At4g31870基因的超表达载体转化获得抗光氧化胁迫相关的转基因植物。
本发明利用从拟南芥资源中心获得的At4g31870基因T-DNA插入突变体，研究发现突变体对强光引起的氧化胁迫敏感，克隆得到了At4g31870基因，采用GUS组织定位和GFP融合蛋白的细胞定位方法，分析At4g31870基因的细胞和组织表达特性。
本发明利用DAB染色检测到强光下突变体的内源活性氧含量较野生型(WT)高；与WT相比，突变体相对叶绿素含量和相对电导率都有不同程度的降低，因此推测At4g31870功能缺失可能损伤了叶绿体的代谢。
本发明编号为At4g31870的基因编码一个谷胱甘肽过氧化物酶，主要定位在叶绿体内，该基因的缺失突变体对强光敏感，表现出显著的光漂白现象。本发明通过对At4g31870基因的分离和基因功能的分析鉴定，确立了At4g31870在植物抗光氧化胁迫中的作用及其调节机制，为培育抗光氧化胁迫的转基因作物新品种奠定了理论和生产实践基础。本发明从拟南芥中克隆得到能够调节植物抗氧化胁迫反应的基因At4g31870，为获得抗光氧化胁迫作物新品系提供了遗传学材料和基础。
附图说明
图1为强光胁迫对突变体mu叶片漂白的影响及内源活性氧检测；
图2为强光下mu体内活性氧检测；
图3为强光胁迫下mu相对电导率和叶绿素含量检测；
图4为At4g31870基因的组织和亚细胞定位。
具体实施方式
实施例1
At4g31870基因的体内表达和定位分析
由软件分析At4g31870的启动子区序列大概1200bp，At4g31870的CDS序列为702bp，在pCAMBIA1381的GUS报告载体和pEGAD的GFP载体中选择合适的酶切位点，PCR扩增目标片段，分别构建载体。转化野生型拟南芥，由Basta和潮霉素筛选阳性转基因植株。GUS组织化学染色和荧光定位分析表明，At4g31870表达主要分布在叶片的叶绿体中(图4)，与该基因控制光氧化胁迫相关。表明At4g31870的作用可能与光合作用和光和效率调控的抗氧化胁迫有关。
实施例2
At4g31870基因的功能分析
如图1所示，强光胁迫下突变体的叶片出现显著的光漂白现象。其中图1中，(A)强光胁迫下表型分析；(B)强光胁迫下叶片漂白率统计。
从拟南芥资源中心(Arabidopsis Biological Resource Center)索要At4g31870的T-DNA插入突变体SALK_120995和SALK_072007。
表型分析表明，连续强光(800±50ms-1m-2)照射8小时后，突变体植株出现明显的光漂白和光损伤，而WT植株生长正常。强光胁迫下，与WT相比，突变体相对叶绿素含量和相对电导率都有不同程度的降低，At4g31870功能缺失可能损伤了叶绿体的代谢，说明At4g31870基因缺失的突变体对光氧化胁迫的抵抗性弱。
实施例3
At4g31870基因在强光下对活性氧清除的作用分析。
如图2所示，染色检测强光胁迫下野生型与突变体活性氧。DAB原位组织染色发现，强光胁迫下，At4g31870突变体的H2O2产生量和速率都高于野生型。这些结果表明，在强光引起的光氧化胁迫中，At4g31870具有保持叶绿体活性氧平衡的重要功能，且可能调节光抑制和光氧化损害。
实施例4
如图3所示，检测了强光下At4g31870突变体的叶绿素含量和电导率，可以明显的看到，At4g31870突变体植株中叶绿素含量下降的快并且植株细胞外渗的快。强光处理导致膜透性增加，细胞内物质渗出，电导率增大(图3)。结果表明，At4g31870功能丧失，降低了强光胁迫的防御并且破坏了膜的透性和叶绿素的合成。
Claims (6)
1、一种拟南芥基因At4g31870在植物抗光氧化胁迫方面的应用。
2、根据权利要求1所述的拟南芥基因At4g31870在植物抗光氧化胁迫方面的应用，其特征在于：所述的基因At4g31870为编码谷胱甘肽过氧化物酶基因，该基因的CDS长度为702bp，编码233个氨基酸的蛋白。
3、根据权利要求1或2所述的拟南芥基因At4g31870在植物抗光氧化胁迫方面的应用，其特征在于：所述的At4g31870的基因编码一个谷胱甘肽过氧化物酶，定位在叶绿体内。
4、根据权利要求3所述的拟南芥基因At4g31870在植物抗光氧化胁迫方面的应用，其特征在于：所述的At4g31870基因从拟南芥资源中心(ABRC，Ohio State University)获得。
5、一种拟南芥基因At4g31870在培育抗光氧化胁迫转基因植物方面的应用。
6、根据权利要求5所述的拟南芥基因At4g31870在培育抗光氧化胁迫转基因植物方面的应用，其特征在于：将At4g31870基因的超表达载体转化获得抗光氧化胁迫相关的转基因植物。
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Cited By (2)
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| CN103305485A (zh) * | 2012-03-13 | 2013-09-18 | 中国农业科学院作物科学研究所 | 植物耐逆性相关蛋白w106及其编码基因和应用 |
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2009
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