玉米耐旱相關基因ZmHSP90-1和ZmMYB-R1的序列特征分析與功能驗證.pdf

1、干旱是長期以來影響全世界糧食產量的主要限制因素之一。預計世界人口在2050年將會超過90億，今后相當長的時間內人口和資源的矛盾會相當突出。隨著近現代遺傳學和分子生物學的發(fā)展，采用基因工程培育優(yōu)良的耐旱作物勢在必行。挖掘耐旱基因進行序列和功能分析，以期研究耐旱性分子機理，為創(chuàng)造耐旱新種質提供新基因資源，進而選育耐旱玉米等作物。玉米(Zea mays L.)不僅是重要的糧食和飼料作物，也是重要的食品工業(yè)原料和能源植物。近年來，國內玉米總產已

2、經超過小麥，成為我國第二大糧食作物。本研究以耐旱自交系玉米為供試材料，結合本實驗室在前期研究中獲得的耐旱相關ESTs，分析篩選出一些脅迫應答基因，并克隆了兩個新的基因，即熱激蛋白(heat-shock protein，HSP)基因ZmHSP90-1和轉錄因子基因ZmMYB-R1。通過生物信息學分析、蛋白瞬時表達和實時熒光定量PCR初步研究了ZmHSP90-1基因和轉錄因子基因ZmMYB-R1在非生物脅迫中的響應機制；通過在擬南芥中過量表

3、達該基因分析目標基因的抗逆功能。
　　 本研究主要研究成果如下：⑴將72條耐旱相關ESTs的序列在GenBank數據庫進行同源性比較和功能分析，其中60條ESTs在數據庫中找到了同源基因，大多數的基因與非生物脅迫及生物脅迫相關，發(fā)掘了兩個新的基因：熱激蛋白基因ZmHSP90-1和轉錄因子基因ZmMYB-R1。另外12條ESTs不能找到匹配基因，待采用RACE等分子生物學手段進行基因全長克隆和生物學功能研究。⑵克隆了一個新的熱激蛋

4、白基因ZmHSP90-1，該基因編碼697個氨基酸，編碼的蛋白包括ATPase位點和HSP90保守結構域。蛋白比對和聚類分析表明，ZmHSP90-1與擬南芥、水稻等多種物種的熱激蛋白高度同源，與擬南芥的AtHSP90.1親緣關系比較近，蛋白序列相似性達到88.3％。蛋白瞬時表達顯示ZmHSP90-1在細胞質表達。實時定量PCR分析顯示，ZmHSP90-1基因的表達受多種非生物脅迫的誘導，且在不同脅迫處理下表達模式不同，但在高溫和高鹽下的

5、表達模式有些類似，推測在這兩個脅迫條件下玉米植株所產生的應激反應中可能存在通路。⑶構建了在擬南芥中過表達ZmHSP90-1基因的重組載體，采用農桿菌介導的花序浸染法獲得了數十個具有潮霉素抗性的陽性植株，經PCR檢測及后續(xù)的篩選總共獲得14個株系。轉ZmHSP90-1，基因擬南芥種子萌發(fā)和根長受NaCl脅迫抑制，幼苗和成株期忍耐高溫、干旱、ABA、CaCl2的能力都有不同程度的提高，但是對NaCl脅迫各個株系表現并不一致。⑷克隆了轉錄因子

6、ZmMYB-R1基因，該基因編碼626個氨基酸，含有單一的MYB區(qū)域，屬于R1-MYB類型轉錄因子。蛋白比對和聚類分析表明ZmMYB-R1與AtMYB3、OsMYB2的親緣關系比較近。蛋白瞬時表達顯示ZmMYB-R1在細胞核特異性表達，實時熒光定量PCR結果表明ZmMYB-R1基因的表達，受到高溫、高鹽、ABA、低溫、干旱的誘導，且不同脅迫處理下該基因的表達模式不同。構建了在擬南芥中過表達ZmMYB-R1基因的重組載體，采用農桿菌介導的