林业科学研究

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PagHK3a基因敲除对银腺杨抗旱性的影响

武舒, 王洲, 张明艳, 钟姗辰, 王黎, 苏晓华, 张冰玉

2023, 36(5): 1-11. doi: 10.12403/j.1001-1498.20230069

关键词: 银腺杨, 组氨酸激酶基因PagHK3a, 基因敲除, 抗旱性

[摘要]()

目的：对银腺杨（Populus alba × P. glandulosa‘84k’）组氨酸激酶PagHK3a基因敲除株系的抗旱性进行评价，同时探究PagHK3a基因在杨树响应干旱胁迫过程中的分子调节机制。方法：利用5%PEG模拟干旱胁迫处理继代25 d的野生型银腺杨（WT）及其PagHK3a基因敲除株系（C1和C2）组培苗，处理3 h后采用实时定量PCR（Quantitative real-time PCR）方法测定各株系叶片PagHK3a基因、PagHK3a下游基因、干旱胁迫响应基因及抗氧化基因的表达水平；利用称重控水法对各株系盆栽苗进行3个梯度的温室干旱胁迫处理，包括正常浇水（土壤相对含水量：70%～75%）、中度干旱（40%～45%）以及重度干旱（25%～30%），干旱胁迫4周后测定WT及C1、C2株系的瞬时光合参数、过氧化氢（H₂O₂）及丙二醛（MDA）含量、过氧化物酶（POD）及超氧化物歧化酶（SOD）酶活性、株高和地径等生理生化及生长指标。结果：在温室中度干旱条件下，C1和C2株系株高生长量均显著高于WT，而在重度干旱条件下，这两个株系的株高生长量与WT相比均无显著差异。分析光合参数发现，在中度干旱条件下，基因敲除株系C1和C2气孔导度及胞间CO₂浓度均显著高于WT，但在重度干旱胁迫条件下只有C2株系胞间CO₂浓度显著高于WT；在中度干旱胁迫条件下C1株系瞬时净光合速率显著高于WT，在重度干旱胁迫条件下，C2株系瞬时净光合速率显著高于WT。同时生化指标测定结果显示，在中度干旱条件下基因敲除株系C1和C2中MDA及H₂O₂含量显著低于WT，而在重度干旱胁迫时，仅C2株系显著低于WT；对比分析各株系抗氧化酶活性发现，正常供水条件下，C1株系叶片POD酶活性以及C2株系SOD酶活性显著高于WT，在中度干旱胁迫条件下，C1株系这两种保护酶活性均显著高于WT，而C2株系仅在重度干旱胁迫下显著高于WT。另外，在PEG模拟干旱胁迫处理下，基因敲除株系C1和C2叶片组氨酸激酶基因PagHK3a及其下游响应调节蛋白PagRR2、PagRR15基因表达量与WT相比均显著下调；而干旱胁迫响应基因PagNAC3以及过氧化物酶合成基因POD1的表达则显著上调，超氧化物歧化酶合成基因SOD4的表达与WT相比无显著差异。结论：在PagHK3a基因敲除株系中，PagHK3a基因及细胞分裂素信号传导途径中响应调节因子基因PagRR2、PagRR15表达均较WT显著降低，而胁迫响应基因PagNAC3及POD合成基因POD1表达显著升高；同时，在中度干旱条件下PagHK3a基因敲除株系的气体交换能力更强，MDA以及H₂O₂含量更低，株高生长量更大，从而具有更强的抗旱能力。

‘84K’杨组氨酸激酶基因PaHK3b的克隆及功能分析

鲁俊倩, 武舒, 钟姗辰, 张伟溪, 苏晓华, 张冰玉

2021, 34(1): 26-34. doi: 10.13275/j.cnki.lykxyj.2021.01.004

[摘要]()

目的本研究克隆了银腺杨‘84K’（Populus alba × P. glandulosa ‘84K’）组氨酸激酶基因PaHK3b启动子及编码区，并对其表达进行检测及功能鉴定，为深入研究PaHK3b基因在杨树生长发育的调控作用提供线索，为杨树分子育种及品种改良奠定基础。方法根据毛果杨（P. trichocarpa Torr. & Gray）基因组信息，设计引物克隆‘84K’杨组氨酸激酶基因PaHK3b启动子及CDS序列，并对其保守结构域和启动子顺式作用元件进行分析；同时，对‘84K’杨进行植物激素处理（10 μmol·L⁻¹ABA、10 μmol·L⁻¹6-BA、10 μmol·L⁻¹ IBA、10 μmol·L⁻¹GA3及10 μmol·L⁻¹ 水杨酸（SA））及非生物胁迫处理（42℃高温、0℃低温、200 mmol·L⁻¹ NaCl和5% PEG6000），利用实时定量PCR（qRT-PCR）方法检测PaHK3b基因表达情况与表达响应差异，并采用原核表达方法初步确定PaHK3b基因的生物学功能。结果 PaHK3b基因编码框区长度为3060 bp，编码1019个氨基酸，PaHK3b蛋白具有CHASE、HisKA和REC等典型的细胞分裂素受体结构域。PaHK3b基因启动子序列中不仅含有大量TATA框和CAAT框常见核心元件，还包含低温响应元件LTR、防御与胁迫响应元件TC-rich repeats、赤霉素响应元件GARE-motif、水杨酸响应元件TCA-element等顺式作用元件，这些元件与杨树的激素响应和逆境胁迫响应密切相关。qRT-PCR分析表明：PaHK3b基因在叶片中表达最高，根部中等，茎中最少；另外，与正常条件下相比，在高温、低温、NaCl及PEG处理时，PaHK3b基因表达量与对照明显增高，分别为对照的2.67、2.61、2.28、1.87倍；用IBA诱导处理时，基因表达量与对照相比差异不大，而在6-BA、ABA、GA3及SA处理时，基因表达量与对照相比均呈下调表达；在添加5%PEG6000的LB液体培养基中，转入PaHK3b基因原核表达载体的大肠杆菌菌株生长速度显著高于对照，在添加50~150 mmol·L⁻¹NaCl的LB固体培养基上，转入PaHK3b基因原核表达载体的大肠杆菌菌株单克隆生长均好于对照。结论 ‘84K’杨PaHK3b基因启动子含有逆境和激素响应元件，表明PaHK3b基因与杨树植物激素信号及非生物胁迫信号响应密切相关。经非生物胁迫处理、激素处理及原核表达证实，杨树PaHK3b基因参与杨树植物激素信号响应，并在其抗逆境胁迫过程中发挥重要调控作用。

银腺杨PagAG2基因的时空表达分析

钟姗辰, 武舒, 王黎, 苏晓华, 张冰玉

2021, 34(6): 73-80. doi: 10.13275/j.cnki.lykxyj.2021.06.009

关键词: 银腺杨‘84K’, 花粉, PagAG2

[摘要]()

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