PtSOS1、PtAKT1在盐生植物小花碱茅抗盐中的作用

学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示 作　者: 郭强
导　师: 王锁民
学　校: 兰州大学
专　业: 草业科学
关键词: 小花碱茅 质膜型Na~+/H~+逆向转运蛋白(PtSOS1) 根系K~+、Na~+选择性运输/吸收能力 K~+通道蛋白(PtAKT1) 耐盐性
分类号: S543
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

小花碱茅(Puccinellia tenuiflora)是一种典型的禾本科碱茅属盐生植物,广泛分布在我国北方地区,是一种重要的优良牧草,具有很强的耐盐碱能力。我们前期研究表明,小花碱茅主要耐盐机制是通过限制根部Na+的单向内流以减少Na+的净吸收,使其维持较高的根系K+、Na+选择性,以促进根系对K+的吸收和转运。但对其根系K+、Na+选择性分子机制仍不清楚。SOS1通过介导根部Na+的外排,以维持植株根系K+吸收和转运,可能小花碱茅SOS1在根系K+、Na+选择性运输中起关键作用；在钾亏缺或盐胁迫条件下,与其它阳离子相比,K+通道蛋白AKT1对于K+具有高度的选择性,并在维持根系K+吸收中起重要作用,或许小花碱茅AKT1在根系K+、Na+选择性吸收中起重要作用。鉴于此,本研究克隆和鉴定了小花碱茅PtSOS1、PtAKT1,并探讨了不同浓度NaCl、KCl以及NaCl与KC1下PtSOS1、PtAKT1的转录丰度和Na+、K+积累的关系,以期揭示PtSOS1、PtAKT1在小花碱茅抗盐中的作用。主要结果如下：(1) PtSOS1编码1143个氨基酸,C-末端含有一个保守环核苷酸结合域(cyclic nucleotide binding domain),与已知的植物质膜Na+/H+转运蛋白具有较高的同源性(>57%)；PtAKT1编码895个氨基酸,与已知的植物AKT1类K+通道蛋白具有较高的同源性(>60%)。(2)不同浓度NaCI (25-150mM)下,小花碱茅根中的PtSOS1表达水平和根系根系K+、Na+选择性运输能力(ST值)呈急剧增加趋势。(3)添加0.1～1mM KCl显著地增加了根中PtSOS1的转录水平和根系ST值,但在5-10mM KCl下根中PtSOS1的转录水平和根系ST值下降。(4)高盐(150mM NaCl)处理下,随着处理时间的延长,低K+(0.1mM KCl)处理根中PtSOS1表达水平及根系ST值显著低于高K+(5mM KC1)处理。(5)不同浓度NaCl、KCl以及高盐与低K+或高K+互作下,小花碱茅根中PtSOS1表达水平与根系ST值间呈显著的正相关关系。可见,盐胁迫下,PtSOS1在根系K+、Na+选择性运输中起到关键性的作用。(6)不同浓度KCl(0～10mM)处理间小花碱茅根中的PtAKT1表达水平与整株K+浓度均无显著差异,这说明在钾亏缺及低钾条件下小花碱茅PtAKT1在维持根系对K+吸收中亦发挥重要作用。(7)在6-48h,150mM NaCl与0.1或5mM KCl处理的根中PtAKTl表达水平显著高于25mM NaCl与0.1或5mM KCl处理的,但随着处理时间的延长(48～96h),其根中PtAKT1表达水平或整株K+浓度降低,且各处理在48～96h间根中PtAKT1表达水平或整株K+浓度无显著差异。150mM NaCl与0.1或5mMKC1处理6-96h,其根系SA值远高于25mM NaCl与0.1或5mM KCl处理的。进一步研究发现,25mM NaCl与0.1或5mM KC1及150mM NaCl与0.1或5mMKCl处理6-96h,小花碱茅根系K+、Na+选择性吸收能力(SA值)与根中PtAKT1表达水平间呈显著的正相关关系。这说明在盐胁迫下小花碱茅PtAKT1在根系K+、Na+选择性吸收中起关键的作用。综上所述,PtSOS1编码的质膜Na+/H+逆向转运蛋白在调节小花碱茅根系K+、Na+选择性运输中具有重要的作用,并提出盐胁迫下SOS1通过维持木质部周围薄壁细胞膜的完整性来调节质膜上正常的K和Na转运,从而维持了根系K+、Na+选择性运输的作用模型。此外,在盐胁迫下PtAKT1编码的K+通道蛋白在小花碱茅根系K+、Na+选择性吸收中起关键作用。

全文目录

縮写词表  3-5
中文摘要  5-7
Abstract  7-13
第一章 引言  13-15
第二章 国内外研究进展  15-32
  2.1 质膜Na~+/H~+逆向转运蛋白基因SOS1的定位克隆  16-17
  2.2 质膜Na~+/H~+逆向转运蛋白SOS1的拓扑结构及特性  17-19
  2.3 质膜Na+/H+逆向转运蛋白的主要功能  19-23
  2.4 质膜Na~+/H~+逆向转运蛋白的表达及调控机制  23-25
    2.4.1 质膜Na~+/H~+逆向转运蛋白基因的表达  23
    2.4.2 质膜Na~+/H~+逆向转运蛋白基因表达的调控机制  23-25
  2.5 质膜Na~+/H~+逆向转运蛋白与植物的耐盐性  25
  2.6 Shaker类家族钾离子通道蛋白的系统发育  25-27
  2.7 Shaker类家族钾离子通道蛋白的拓扑结构  27
  2.8 K~+通道蛋白基因的表达及调控机制  27-30
    2.8.1 K~+通道蛋白基因的表达  28-29
    2.8.2 K+通道蛋白基因表达的调控机制  29-30
  2.9 钾营养研究进展  30-32
    2.9.1 过量表达K~+通道基因AKT1可提高植物对K~+的利用效率  30-31
    2.9.2 合理的施肥方式  31-32
第三章 PtSOS1在小花碱茅K~+、Na~+选择性运输中的作用  32-62
  3.1 材料与方法  33-42
    3.1.1 材料培养及处理  33-34
    3.1.2 主要试剂及配方  34
    3.1.3 小花碱茅总RNA的提取  34-35
    3.1.4 小花碱茅PtSOS1基因核心片段的克隆  35-37
    3.1.5 小花碱茅PtSOS1基因5’端的克隆(5’-RACE)  37-39
    3.1.6 小花碱茅PtSOS1基因3’端的克隆(3’-RACE)  39-41
    3.1.7 PtSOS1表达模式分析  41
    3.1.8 Na~+和K~+浓度的测定  41-42
    3.1.9 根系K~+、Na~+选择性运输能力(ST值)的计算  42
  3.2 数据计算和统计方法  42
  3.3 结果与分析  42-57
    3.3.1 小花碱茅总RNA的纯度及完整性检测  42-43
    3.3.2 小花碱茅PtSOS1基因核心片段的克隆  43
    3.3.3 小花碱茅PtSOS1基因5’端的克隆  43-44
    3.3.4 小花碱茅PtSOS1基因3’端的克隆  44
    3.3.5 小花碱茅PtSOS1白基因全长cDNA的特征  44-46
    3.3.6 小花碱茅PtSOS1的多重比较及结构分析  46-48
    3.3.7 不同浓度NaCl处理对小花碱茅PtSOS1表达、Na~+和K~+积累以及ST值的影响  48-50
    3.3.8 不同浓度KCl处理对小花碱茅PtSOS1表达、Na~+和K~+积累以及ST值的影响  50-52
    3.3.9 25mM NaCl与0.1或5 mM KCl处理对小花碱茅PtSOS1表达、Na~+和K~+积累以及ST值的影响  52-54
    3.3.10 150mM NaCl与0.1或5 mM KCl处理对小花碱茅PtSOS1表达、Na~+和K~+积累以及ST值的影响  54-57
  3.4 讨论  57-61
    3.4.1 PtSOS1编码质膜Na~+/H~+逆向转运蛋白  57
    3.4.2 PtSOS1介导的Na~+外排在小花碱茅耐盐中起重要作用  57-58
    3.4.3 PtSOS1在小花碱茅根系K~+、Na~+选择性运输中发挥关键作用  58-61
  3.5 小结  61-62
第四章 PtAKT1在小花碱茅K~+、Na~+选择性吸收中的作用  62-79
  4.1 材料与方法  63-66
    4.1.1 材料  63
    4.1.2 实验材料的培养和处理  63-64
    4.1.3 方法  64
    4.1.4 小花碱茅PtAKT1基因核心片段的克隆  64-65
    4.1.5 小花碱茅PtAKT1基因5’端(5’-RACE)和3’端(3’-RACE)的克隆  65
    4.1.6 PtAKT1表达模式分析  65-66
    4.1.7 K~+、Na~+浓度的测定  66
    4.1.8 根系K+、Na+选择性吸收能力(SA值)的计算  66
  4.2 数据计算和统计方法  66
  4.3 结果与分析  66-75
    4.3.1 小花碱茅PtAKT1基因核心的克隆  66-67
    4.3.2 小花碱茅PtAKT1基因5’端的克隆  67-68
    4.3.3 小花碱茅PtAKT1基因3’端的克隆  68
    4.3.4 小花碱茅PtAKT1基因cDNA的特征  68-69
    4.3.5 小花碱茅PtAKT1的多重比较及结构分析  69-72
    4.3.6 不同浓度KCl处理对小花碱茅PtAKT1表达及整株K~+积累的影响  72-73
    4.3.7 不同浓度NaCl与KCl处理对小花碱茅PtAKT1表达的影响  73-74
    4.3.8 不同浓度NaCl与KCl处理对小花碱茅整株Na、K~+积累及根中PtAKT1表达与SA值间相关性的影响  74-75
  4.4 讨论  75-78
    4.4.1 PtAKT1编码AKT1类K~+通道蛋白  76
    4.4.2 PtAKT1在小花碱茅根系K~+、Na~+选择性吸收中起重要作用  76-78
  4.5 小结  78-79
第五章 结论  79-80
参考文献  80-96
在学期间研究成果  96-98
致谢  98

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中图分类: > 农业科学 > 农作物 > 饲料作物、牧草 > 多年生禾本科牧草
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