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梨生长素输出蛋白PbPIN1-5的功能分析

亓立莹  杨英杰  赵静  李鼎立  宋健坤  马春晖  王然  
【摘要】:植物生长素浓度梯度的建立影响着树体顶端优势、主根发育、侧根和不定根发生等,进而影响了树性。而生长素浓度梯度是由生长素的合成和极性运输共同建立的。为了研究生长素介导的梨树矮化砧木致矮作用机理,以生长素输出蛋白PIN为切入点,通过对PIN基因家族成员在乔化砧穗组合和矮化砧穗组合中的表达分析及对重要差异基因的功能验证,探讨生长素输出蛋白PIN基因在生长素介导的砧木致矮作用中的调控机理。所用的梨矮化砧穗组合为‘雪青’/‘OH×F51’/豆梨,对照为‘雪青’/‘QN-101’(杜梨)/豆梨。利用白梨基因数据库进行PIN家族基因成员筛选,分析其在不同砧穗组合中的表达差异,筛选出差异表达显著的候选基因,通过对该基因的克隆和遗传转化,获得过表达及沉默的转基因山梨(Pyrus ussuriensis Maxim.)植株,再对转基因植株以及嫁接后的嫁接体进行表型观察分析。不同嫁接组合田间生长发育情况表明,中间砧‘OH×F51’的茎皮横截面相对‘QN-101’粗,以‘QN-101’为中间砧的嫁接组合树体高度和新梢长度明显高于以‘OH×F51’为中间砧的嫁接组合;生长素转运抑制剂处理降低了对照接穗生长量和叶片中叶绿素含量,但对以‘OH×F51’为中间砧的嫁接组合影响相对较小。由白梨基因数据库中分离得到15个梨PbPINs基因,分析PbPINs基因在矮化和乔化砧木上的表达模式,发现PbPIN1-5在两种砧木茎皮及茎尖中的表达存在显著差异。对差异表达基因进行克隆并构建过表达和RNAi植物表达载体并转化山梨,获得过表达及沉默的转基因山梨。观察分析其表型,在相同培养条件下,基因过表达山梨的生根率和侧根数明显高于野生型和沉默植株,PbPIN1-5过表达拟南芥植株具有相同表型。同时,PbPIN1-5过表达山梨和拟南芥对生长素转运抑制剂表现出更高的耐受性。而对野生型(WT)与PbPIN1-5过表达(OE)拟南芥微嫁接后发现,OE/WT嫁接组合侧根明显多于WT/WT组合,说明PbPIN1-5的过量表达增强了生长素的向地运输。转基因山梨微嫁接试验结果发现,以PbPIN1-5过表达山梨为砧木的嫁接体表现出叶绿素增加和叶片增大的现象,表明PbPIN1-5的过表达改变了砧木对接穗生长的影响,但具体调控机制还需进一步深入研究。

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