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CmMYB42转录因子调控菊花低氮胁迫的机理研究

来源：花匠小妙招时间：2024-11-06 14:52

摘要

菊花(Chrysanthemum morifolium)不仅是我国十大传统名花及世界四大鲜切花之一,还是需氮肥量较高的花卉。氮素是植物生长发育所必需的营养元素,目前作物增加产量的传统方法是依赖氮肥的施用。然而,菊花的氮肥利用效率(NUE)并不高,且大量的使用会造成严重的环境污染和资源浪费。通过基因工程培育耐低氮且高产的品种是减少氮肥使用并增加作物产量的有效途径之一。前人研究表明MYB转录因子参与植物生长发育过程,在响应逆境胁迫中有着重要作用,但目前菊花中尚未有关于CmMYB42基因的研究报道且其耐低氮的作用机理尚不清楚。为进一步拓展MYB转录因子家族在菊花中的抗逆作用,本研究以菊花‘神马’为试验材料,克隆得到CmMYB42基因,并对其进行生物信息学分析,时空表达特性分析及亚细胞定位,之后同源过表达进行功能验证,初步研究了过表达CmMYB42对菊花低氮胁迫的响应,为提高菊花抗逆性提供了理论依据。主要研究结果如下:1.CmMYB42是一个R2R3-MYB类转录因子在菊花‘神马’中克隆得到CmMYB42基因,其ORF区长度为864 bp,编码287个氨基酸,该蛋白的相对分子质量为32.53 k D,理论等电点(PI)为5.17,含有R2、R3两个MYB结合域,与拟南芥At MYB42亲缘关系最近。2.CmMYB42在根中的表达量最高且定位于细胞核中采用q RT-PCR技术对菊花CmMYB42基因进行组织表达特异性分析,结果表明CmMYB42基因在根、茎、叶和花中均有表达,但在根中的表达量最高,其次是茎,在叶和花中表达量较少,并且在生长旺盛部位的表达量总是高于成熟组织。构建CmMYB42::GFP过表达载体瞬时侵染烟草叶片进行亚细胞定位,显示该基因定位于细胞核中。3.CmMYB42可以快速响应低氮胁迫用含有0、0.5、1、3、5 m M NO3-的Hoagland营养液水培处理后,分别在第0、1、4、8、12、24、48 h对CmMYB42进行q PCR。结果发现不同浓度的NO3-均能不同程度地诱导CmMYB42的表达,CmMYB42的表达量均在处理1 h时就显著上调,并且随着NO3-处理浓度的减小和时间的增加表达量显著升高,这说明CmMYB42基因可以快速响应低氮胁迫。4.过表达CmMYB42提高菊花低氮胁迫耐性低氮处理后,过表达CmMYB42菊花的根系和地上部生长明显优于野生型(WT),生物量的积累增加,光合特性指标如净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、胞间CO2浓度(Ci)及叶绿素含量较野生型均显著升高;氮同化吸收相关酶如硝酸还原酶(NR)、亚硝酸还原酶(Ni R)、谷氨酰胺合成酶(GS)和谷氨酸合成酶(GOGAT)的活性及NO3-含量较野生型均显著升高,氮胁迫相关基因如CmNRT1.1、CmNRT2.1、CmNRT2.4、CmNRT2.5、CmATD6和CmHCT的表达量提高。研究表明,CmMYB42在低氮条件下作正调控因子提高菊花对低氮胁迫的耐性。这揭示了CmMYB42可作为低氮植物分子育种的潜在基因,为培育高氮肥利用率和耐低氮的菊花新品种提供了理论依据。展开▼