轉(zhuǎn)BADH和轉(zhuǎn)codA基因番茄的耐熱性比較研究.pdf

1、高溫脅迫是影響植物生長(zhǎng)發(fā)育的重要環(huán)境因子之一。在脅迫環(huán)境中，植物通常會(huì)積累一些可溶性物質(zhì)來(lái)應(yīng)對(duì)不良環(huán)境，甜菜堿是目前研究最為廣泛的可溶性物質(zhì)之一，可以提高植物對(duì)脅迫的耐性。番茄是我國(guó)保護(hù)地栽培的主要蔬菜之一，高溫逆境會(huì)使番茄生長(zhǎng)發(fā)育受限制。因此，研究甜菜堿提高番茄的耐熱性機(jī)理，比較不同甜菜堿合成途徑關(guān)鍵酶的轉(zhuǎn)基因番茄的耐熱性具有重要意義。
　　 本研究以野生型（cv.'Moneymaker'）、轉(zhuǎn)BADH基因以及轉(zhuǎn)codA基因番

2、茄為材料，測(cè)定了高溫脅迫下幼苗的生長(zhǎng)量、葉片凈光合速率(Pn)、PSⅡ最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)、過(guò)氧化氫(H2O2)含量、丙二醛(MDA)含量、相對(duì)電導(dǎo)率(REC)、抗氧化酶活性等生理指標(biāo)以及熱響應(yīng)基因的表達(dá)量、熱激蛋白70(HSP70)和D1蛋白的含量。通過(guò)外源H2O2處理野生型和轉(zhuǎn)BADH基因番茄，測(cè)定了高溫脅迫下H2O2對(duì)番茄葉片抗氧化酶活性、MDA含量以及熱響應(yīng)基因的表達(dá)，探究轉(zhuǎn)BADH基因和轉(zhuǎn)codA基因番茄耐熱性的差異。

3、主要結(jié)果如下:
　　 (1)高溫脅迫抑制番茄幼苗的生長(zhǎng)，轉(zhuǎn)基因番茄的生長(zhǎng)（株高、鮮重）受抑較野生型番茄輕。同時(shí)，轉(zhuǎn)codA基因番茄的生長(zhǎng)量要大于轉(zhuǎn)BADH因番茄。
　　 (2)高溫脅迫下，番茄體內(nèi)H2O2含量、O2·-的產(chǎn)生速率明顯增加，轉(zhuǎn)基因番茄體內(nèi)H2O2含量和O2·-的產(chǎn)生速率低于野生型番茄。轉(zhuǎn)codA基因番茄中ROS的積累也比轉(zhuǎn)BADH因番茄低。
　　 (3)與野生型番茄相比，轉(zhuǎn)基因番茄在高溫脅迫下能夠維

4、持較高的抗氧化酶活性，較低的離子滲漏和膜脂過(guò)氧化程度;兩種轉(zhuǎn)基因番茄相比，轉(zhuǎn)coda基因番茄的抗氧化酶活性高于轉(zhuǎn)BADH基因番茄，而離子滲漏和膜脂過(guò)氧化程度低于轉(zhuǎn)BADH基因番茄。
　　 (4)與野生型番茄相比，轉(zhuǎn)基因番茄在高溫脅迫下積累較多的脯氨酸和可溶性糖;兩種轉(zhuǎn)基因番茄相比，轉(zhuǎn)coda基因番茄中脯氨酸和可溶性糖的積累量高于轉(zhuǎn)BADH基因番茄。
　　 (5)高溫脅迫降低了番茄植物的凈光合速率(Pn)、暗適應(yīng)下PSⅡ最

5、大光化學(xué)效率(Fv/Fm)、光適應(yīng)下PSⅡ有效光化學(xué)效率(Fv'/Fm')和實(shí)際光化學(xué)效率(ΦPSⅡ)，同時(shí)也降低了番茄卡爾文循環(huán)關(guān)鍵酶(Rubisco、sFBPase、GAPDH和Aldolase)的活性。與野生型番茄相比，轉(zhuǎn)基因番茄維持了較高的光合速率和PSⅡ活性以及卡爾文循環(huán)關(guān)鍵酶活性。在兩種轉(zhuǎn)基因番茄中，轉(zhuǎn)codA基因番茄中的光合速率和PSⅡ活性以及卡爾文循環(huán)關(guān)鍵酶活性均高于轉(zhuǎn)BADH因番茄。
　　 (6)高溫脅迫下，轉(zhuǎn)

6、基因番茄提高了抗氧化酶基因（CAT1、CAT2、Fe-SOD、Cu-SOD、APX1、APX2、GR、MDHAR、熱激蛋白基因(HSP17.4、HSP17.6、HSP17.7、HSP17.8、er-sHSP、HSP70、HSP90、HSP100)以及一些熱激轉(zhuǎn)錄因子（HsfA2a、HsfB1）的表達(dá)，在兩種轉(zhuǎn)基因番茄中，轉(zhuǎn)codA基因番茄熱脅迫基因的表達(dá)量要高于轉(zhuǎn)BADH基因番茄。
　　 (7)高溫脅迫下，轉(zhuǎn)基因番茄提高了HSP

7、70的積累量、減緩了D1蛋白含量的減少，在兩種轉(zhuǎn)基因番茄中，轉(zhuǎn)codA基因番茄的HSP70的積累量和D1蛋白含量均高于轉(zhuǎn)BADH基因番茄。
　　 (8)高溫脅迫下，外源低濃度的H2O2增強(qiáng)了野生型和轉(zhuǎn)BADH番茄的抗氧化酶活性，降低了膜脂過(guò)氧化程度，提高了Fv/Fm和ΦPSⅡ，提高了番茄抗氧化活性，維持了較高的PSⅡ活性。
　　 (9)高溫脅迫下，外源低濃度的H2O2增強(qiáng)了野生型番茄的熱激蛋白基因和一些熱激轉(zhuǎn)錄因子基因的

8、表達(dá)。
　　 上述結(jié)果表明，轉(zhuǎn)甜菜堿合成酶基因番茄提高了番茄的耐熱性，這是由于甜菜堿提高了番茄抵抗高溫脅迫的能力。高溫脅迫下，轉(zhuǎn)codA基因番茄比轉(zhuǎn)BADH因番茄具有更強(qiáng)的耐熱性，這可能是由于轉(zhuǎn)coda基因番茄在合成甜菜堿時(shí)產(chǎn)生了副產(chǎn)物H2O2。低濃度的H2O2作為一種信號(hào)物質(zhì)，激活了番茄活性氧清除的抗氧化酶機(jī)制，減輕了ROS對(duì)細(xì)胞的傷害;增強(qiáng)了熱脅迫相關(guān)基因和熱激轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)，從而與甜菜堿共同作用提高了轉(zhuǎn)codA基因番茄的耐