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玉米蛋白激酶基因ZmPti1、ZmPti1-1和ZmCIPK2的抗旱功能分析

作　者: 李志亮
导　师: 杨清; 黄丛林
学　校: 南京农业大学
专　业: 细胞生物学
关键词: 玉米 ZmPti1 ZmPti1-1 ZmCIPK2 干旱胁迫 功能分析
分类号: S513
类　型: 博士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


玉米是世界主要农作物之一。全球水资源短缺,干旱已成为玉米生产发展的主要限制因素。发现新的抗旱功能基因,培育抗旱玉米新材料,对于玉米的抗旱遗传育种具有重要的理论和现实意义。蛋白激酶在植物的抗旱过程中起到了非常重要的作用。本研究以京178和京501自交系玉米为材料,利用花粉管通道法、基因枪法构建受干旱胁迫诱导的蛋白激酶基因ZmPtil、ZmPtil-1、ZmCIPK2的过表达或RNAi(?)朱系,进一步分析了这些转基因系的抗旱功能。主要结果如下：为了分析ZmPtil的抗旱功能,构建了植物表达载体pBPC-ZmPtil-bar,利用花粉管通道法转化玉米,对转ZmPtil基因玉米植株的不同抗旱指标进行了分析。结果表明,与对照相比,转基因株系的抗旱能力得到了明显的提高。干旱胁迫下,与对照相比,转ZmPtil基因植株具有较少的卷叶,植株高度和干重分别比对照高6.2%和12.6%。转基因植株的穗粒数和千粒重分别比对照高21.9%和8.7%。在干旱胁迫下,转基因植株的相对电导率和MDA含量分别比对照低14.8%和18.1%,而相对含水量、可溶性糖和脯氨酸含量则分别比对照高7.3%、2.5%和22.7%。为了分析ZmPtil-1的抗旱功能,构建了植物表达载体35S-ZmPtil-1-DHA-NOS-pGreen0029,利用浸花法转化拟南芥,对转ZmPtil-1基因拟南芥植株的不同抗旱指标进行了分析。结果表明,与对照相比,转基因株系的抗旱水平得到了明显的提高。与对照植株相比,在干旱胁迫下,3个转基因株系的存活率分别为70%,76%和87%,显著高于野生型29%的存活率。干旱胁迫下,与对照相比,转ZmPtil-1基因拟南芥植株具有较少的枯萎叶。转基因植株的种子重比对照高58.7%。在干旱胁迫下,转基因植株的相对电导率和MDA含量分别比对照低13.7%和17.7%,而相对含水量、可溶性糖和脯氨酸含量则分别比对照高7.1%、3.6%和22.5%。为了进一步分析ZmPtil-1对玉米抗旱性的影响,构建了植物表达载体pGreen0229-ZmPtil-1,利用基因枪法转化玉米,对转ZmPtil-1基因玉米植株的不同抗旱指标进行了分析。结果表明,与对照相比,转基因株系的抗旱能力得到了明显的提高。干旱胁迫下,与对照相比,转ZmPtil-1基因植株具有较少的卷叶,植株高度和干重分别比对照高8.2%和14.4%。转基因植株的穗粒数和千粒重分别比对照高22.2%和8.8%。在干旱胁迫下,转基因植株的相对电导率和MDA含量分别比对照低20.4%和24.1%,而相对含水量、可溶性糖和脯氨酸含量则分别比对照高9.4%、9.0%和24.1%。CIPK是参与渗透胁迫、盐、低温、脱落酸(abscisic acid, ABA)和糖等信号转导途径的、植物所特有的一类蛋白激酶。ZmCIPK2(GenBank接受号为EF158033)是一个新的玉米CIPK激酶基因。组成型表达ZmCIPK2基因的拟南芥种子发芽和发芽后幼苗的早期生长对干旱胁迫超敏感。为了分析ZmCIPK2的抗旱功能,构建了RNAi表达载体pGreen0229-ZmCIPK2Sense-GFP-ZmCIPK2Antisense,利用花粉管通道法转化玉米,ZmCIPK2基因在RNAi玉米中的表达水平下降直至完全沉默。结果表明,与对照相比,RNAi株系的抗旱性得到了明显的提高。干旱胁迫下,与对照相比,ZmCIPK2基因RNAi植株具有较少的卷叶。在干旱胁迫下,ZmCIPK2RNAi株系的相对电导率和MDA含量分别比对照低16.1%和17.5%,而相对含水量、可溶性糖和脯氨酸含量则分别比对照高8.2%、8.8%和24.2%。

全文目录


目录  4-7
图表目录  7-9
摘要  9-11
ABSTRACT  11-14
缩略语词汇表  14-16
第一章 文献综述  16-48
  1 玉米抗旱性及其研究  16-22
    1.1 抗旱性概念  16
    1.2 抗旱性类型  16-17
    1.3 玉米抗旱的生理生化指标  17-22
  2 蛋白激酶  22-36
    2.1 蛋白激酶的结构  22-24
    2.2 蛋白激酶的种类  24-33
    2.3 蛋白激酶在植物体中的生理功能  33-35
    2.4 蛋白激酶在植物抗旱育种中的应用  35-36
  3 植物遗传转化方法  36-46
    3.1 农杆菌Ti或Ri质粒介导法  36-37
    3.2 基因枪法  37-38
    3.3 花粉管通道法及在玉米基因工程改良中的应用  38-43
    3.4 RNAi及其在植物遗传改良中的应用  43-46
  4 本研究的目的及意义  46-48
第二章 转ZmPti1基因玉米的抗旱性分析  48-64
  1 材料和方法  49-52
    1.1 材料  49
    1.2 方法  49-52
  2 结果与分析  52-60
    2.1 转基因玉米植株的分子检测  52-54
    2.2 转基因植株的抗旱性表现  54-55
    2.3 干旱胁迫对玉米幼苗细胞膜的损伤  55-57
    2.4 叶片相对含水量的变化  57
    2.5 细胞可溶性糖和脯氨酸含量的变化  57-59
    2.6 干旱胁迫下转ZmPti1玉米抗旱性增强  59-60
    2.7 干旱胁迫下转ZmPti1玉米具有较高的产量  60
  3 讨论  60-64
第三章 转ZmPti1-1基因拟南芥的抗旱性分析  64-76
  1 材料和方法  64-66
    1.1 材料  64
    1.2 方法  64-66
  2 结果与分析  66-73
    2.1 转基因拟南芥植株的分子检测  66-67
    2.2 转基因植株的抗旱性表现  67-68
    2.3 干旱胁迫对拟南芥幼苗细胞膜的损伤  68-70
    2.4 叶片相对含水量的变化  70-71
    2.5 细胞可溶性糖和脯氨酸含量的变化  71-72
    2.6 干旱胁迫下转ZmPti1-1拟南芥具有较高的产量  72-73
  3 讨论  73-76
第四章 转ZmPti1-1基因玉米的抗旱性分析  76-92
  1 材料和方法  76-78
    1.1 材料  76
    1.2 方法  76-78
  2 结果与分析  78-89
    2.1 植物表达载体的构建  78-80
    2.2 遗传转化与植株再生  80-81
    2.3 转基因玉米植株的分子检测  81-83
    2.4 转基因植株的抗旱性表现  83-84
    2.5 干旱胁迫对玉米幼苗细胞膜的损伤  84-85
    2.6 叶片相对含水量的变化  85-86
    2.7 细胞可溶性糖和脯氨酸含量的变化  86-87
    2.8 干旱胁迫下转ZmPti1-1玉米具有较强抗旱性和较高产量  87-89
  3 讨论  89-92
第五章 ZmCIPK2基因RNAi玉米的抗旱性分析  92-106
  1 材料和方法  93-94
    1.1 材料  93
    1.2 方法  93-94
  2 结果与分析  94-103
    2.1 植物表达载体的构建  94-95
    2.2 转基因玉米植株的分子检测  95-99
    2.3 转基因植株的抗旱性表现  99
    2.4 干旱胁迫对玉米幼苗细胞膜的损伤  99-101
    2.5 叶片相对含水量的变化  101
    2.6 细胞可溶性糖和脯氨酸含量的变化  101-103
    2.7 干旱胁迫下ZmCIPK2 RNAi转基因玉米抗旱性增强  103
  3 讨论  103-106
结论与创新点  106-108
参考文献  108-124
附录  124-144
攻读博士学位期间发表与将发表的论文  144-146
致谢  146

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中图分类: > 农业科学 > 农作物 > 禾谷类作物 > 玉米（玉蜀黍）
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