为了解枯草芽孢杆菌cspB基因在植物中异源表达对植物应对逆境的影响,将cspB基因插入到pBI121的35S启动子下游取代原有的gusA基因,该基因的植物表达载体被命名为pBI121-cspB,通过农杆菌介导的转化法转化烟草,通过筛选培养获得转基因植株。RT-PCR分析表明,转基因烟草株系中均有cspB基因表达,其中TN012株系中表达量较大。转基因植株TN012和非转基因对照植株经38℃高温处理一周,再在25℃条件下恢复生长,经过7d的恢复生长,TN012的生物量明显高于对照植株。高温处理前,TN012与对照植株光合速率无明显差异,高温处理后TN012的光合速率显著高于对照植株的。TN012细胞中的可溶性蛋白在高温处理后明显上升,而对照植株的则明显下降。结果表明cspB基因植物异源表达提高植物对高温的抗性,cspB基因可以作为用于耐高温作物育种的基因资源。
全 文 ：核 农 学 报!"#$%!"&"# $$#A ($#+,
!"#$%&"()#*+&$,-$.*#/#$&0*.+%*+1
收稿日期!"#$)*#*"#!接受日期!"#$)*$#*"$
基金项目!安徽省自然科学研究重点项目"iV"#$$.")&#
作者简介!徐萍莉!女!讲师!主要从事细胞遗传研究% 0*Z234$ A",#%#)$;gg>:71
通讯作者!何道一!教授!主要从事植物分子生物学研究% 0*Z234$ $+%&)+)$;gg>:71
文章编号!$###*A%%$""#$%##*$#A*#
*1>6异源表达对提高转基因烟草植株耐高温能力的影响
徐萍莉!夏人杰!何道一
"淮北师范大学生命科学学院H资源植物生物学安徽省重点实验室! 安徽 淮北!",%####
摘!要!为了解枯草芽孢杆菌 *1>6基因在植物中异源表达对植物应对逆境的影响!将 *1>6基因插入到
>6N$"$ 的 ,%I 启动子下游取代原有的 -#1,基因!该基因的植物表达载体被命名为 >6N$"$ B*1>6!通过
农杆菌介导的转化法转化烟草!通过筛选培养获得转基因植株# LU*JKL分析表明!转基因烟草株系中
均有 *1>6基因表达!其中 UM#$" 株系中表达量较大# 转基因植株 UM#$" 和非转基因对照植株经 ,AO
高温处理一周!再在 "%O条件下恢复生长!经过 +P 的恢复生长!UM#$" 的生物量明显高于对照植株#
高温处理前!UM#$" 与对照植株光合速率无明显差异!高温处理后 UM#$" 的光合速率显著高于对照植
株的# UM#$" 细胞中的可溶性蛋白在高温处理后明显上升!而对照植株的则明显下降# 结果表明 *1>6
基因植物异源表达提高植物对高温的抗性!*1>6基因可以作为用于耐高温作物育种的基因资源#
关键词!*1>6基因$转基因植株$高温抗性$烟草
/EF$$#G$$A&H5>3@@8>$##*A%%$G"#$%G#>$#A
!!作物生长发育过程中时常受到各种不利的环境因
子影响!其中!极端低温和高温是最为常见的逆境因
子% 在温室效应不断增强和全球气温不断升高的大背
景之下!高温对作物生产产生的危害越来越受到重
视 $ B,( % 事实上!无论在我国北方麦区还是在南方的
水稻产区!高温热害已严重影响小麦和水稻的产量和
品质 ) BA( % 培育耐高温的作物品种已经成为最为迫切
的课题之一 & B$#( % 尽管在小麦)水稻等作物品种资源
中也存在着耐高温的种质材料!但可利用的育种资源
的匮乏仍然是制约着培育耐高温作物品种的瓶颈!发
掘)评价和利用新的基因资源!并结合分子育种手段培
育耐高温的作物品种将是一个重要的育种策略 $$ B$"( %
:@S-是原核生物冷休克蛋白家族成员之一!是原
核生物在低温条件下诱导表达的一种特殊蛋白质!也
被称为 LM.分子伴侣!含有原始型的冷休克结构域!
具有与核酸结合功能!与 LM.分子有较强的亲和
性 $,( % 其与 1LM.结合!一方面可以防止 LM2@X对
1LM.水解!另一方面阻止 1LM.折叠形成高级结
构!使蛋白质翻译过程更为顺利 $) B$( % 因此!*1>6基
因表达条件下!生物细胞在遇到不利环境条件时自身
受到损伤减小&当环境条件改善时!细胞中蛋白质翻译
快速恢复!其细胞功能也迅速恢复%
笔者从枯草芽孢杆菌菌株 cI B#$ 基因组中扩
增出 *1>6基因!并构建 >6N$"$ B*1>6植物表达载体!
通过农杆菌介导的叶圆盘转化法转化烟草!获得转
基因的烟草植株!转基因植株抗旱能力显著提高 $+( %
为进一步探究转 *1>6基因植株对高温逆境的耐性!
对转基因植株进行高温逆境处理% 本文报道转基因
植株高温逆境处理下生长状况和光合速率等生理指
标的变化%
!"试验材料与方法
!#!"植物材料
试验 所 用 对 照 植 物 材 料 是 烟 草 品 种 ILF
").*"/.&%& /&=&*##8*BKILF#"淮北师范大学生命科学
学院H资源植物生物学安徽省重点实验室保存的烟草
品种#无性系试管苗!转基因材料 UM#$" 为该烟草品
种转 *1>6基因的无性系材料 $+( %
A#$
! 期 *1>6异源表达对提高转基因烟草植株耐高温能力的影响
图 ?"高温处理对转基因植株和对照植
株总蛋白含量影响
/*01? ;;4I.-9.M4+5-.4*9I-9.49.-;.569:049*I
+,69.LB\!$ 698.M4I-9.5-,+,69.)7
M*0M.4A+456.G54.546.A49.
温处理后二者间存在显著差异% 经高温处理!转基因
植株 UM#$" 的总可溶性蛋白含量没有下降反而有显
著增加!但非转基因对照植株的总可溶性蛋白含量却
有较显著的下降%
%"讨论
J2747等 $A(曾报道转 *1>6基因的玉米田间试验结
果!无论是在干旱缺水条件下还是正常灌溉条件下转
*1>6基因玉米的生物产量总是高于对照非转基因玉米
的% 我们在转 *1>6基因烟草的初步研究中也发现转
基因烟草抗干旱逆境能力明显提高!而且与非转基因
植株相比!转基因植株形态上基本没有变化 $+( % 这些
结果说明 *1>6基因在植物中异源表达对植物本身正
常营养生长无害!并能有效提高植物对干旱逆境抗性%
不仅如此!*1>6基因在植物中异源表达一定还赋予植
物其他的抗逆性能!才可能出现在正常灌溉条件下转
*1>6基因玉米的生物产量高于对照非转基因玉米的!
因为即使在正常灌溉条件下植物仍可能遭遇其他逆境
条件%
将 *1>6基因置于 ,%I 启动子下游构建其表达框!
*1>6基因将在转基因烟草中组成型表达!由于受到外
源基因在染色体插入位点等因素的影响!不同转基因
株系 *1>6基因表达量不同!但同一植株的不同组织器
官表达量一致% 转 *1>6基因烟草的不同株系的叶片
中 *1>6基因表达情况也能代表整个植株的 *1>6基因
表达情况% 转基因植株 UM#$" 植株叶片中 *1>6基因
有较强的表达意味着整个植株该基因都有较强的
表达%
生物量的大小最能直观地反映植物对逆境条件的
抗性% 高温处理后并经 +P 恢复生长!转基因植株生长
情况明显好于对照植株!生物量明显高于对照植株!表
明高温逆境条件下!对照植株的细胞受到一定的损伤!
生理机能恢复较慢!而转基因植株细胞具有抗高温逆
境的能力!细胞未受到损伤或受到的损伤小!生理机能
能快速恢复%
植物叶片光合速率可以反映细胞的机能状况% 高
温逆境能够影响光合作用 $&( )细胞膜的透性 "# B"$(及
其他相关代谢途径中酶的活性 "" B")( % 对照植株经高
温处理后!叶片光合速率未能恢复到处理前水平!而转
基因植株经高温处理!其叶片光合速率没有下降!经过
短暂恢复!叶片光合速率有所增加!这表明 *1>6基因
异源表达能够保护光合作用等相关代谢途径中酶受到
高温逆境的影响!且这一结果与生物量测定相一致%
蛋白质是细胞功能的执行者!无论是光合作用还
是其他生理生化过程都需要有生理活性的蛋白质参
与% 细胞内蛋白质数量的消长主要涉及到细胞内蛋白
质的合成和降解过程% 在原核生物中!逆境条件下
*1>6基因表达可以纠正 1LM.折叠错误 "%( !保证蛋白
质翻译起始正确和有助于蛋白质的正确合成和修
饰 " B"A( % 经过高温处理!转基因植株细胞内蛋白质总
量明显高于对照非转基因植株的!这说明 *1>6基因在
植物中异源表达也可能具有原核生物中表达的相同
功能%
综合上述研究结果!我们认为 *1>6基因在植物中
表达不会干扰植物正常营养生长并能有效提高植物对
高温逆境的抗性!对植物的生殖发育影响还有待研究%
另外!考虑到我国小麦主产区频繁出现的干热风气象
灾害!下一步将该基因转入小麦!评价其在小麦抗干热
风中的作用%
<"结论
从枯草芽孢杆菌基因组中克隆的 *1>6基因与
>6N$"$ 构建的植物表达载体!通过农杆菌介导的转化
方法转化烟草!*1>6基因能够在烟草中异源表达!对烟
草植株的正常营养生长发育不产生负面影响!但能显
著提高烟草植株的耐高温能力%
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