紫花苜蓿MsBBX20基因克隆及耐盐功能分析OA北大核心CSTPCD

BBX家族转录因子参与光形态建成、成花生理、避荫反应、种子生长发育、激素信号转导及对逆境胁迫的响应等植物重要生长发育过程。紫花苜蓿是耐盐性较强的牧草饲料作物,其品质优良,有“牧草之王”的美誉。发掘并探索紫花苜蓿MsBBX20基因响应非生物胁迫的分子机理,有助于揭示紫花苜蓿抗逆生物学基础,为紫花苜蓿抗逆分子育种提供新的基因资源。通过RT-PCR、3''/5''RACE PCR技术克隆得到MsBBX20基因cDNA序列,生物信息学分析发现其CDS全长834 bp,编码278个氨基酸,该基因编码的蛋白质为锌指结构蛋白家族成员。利用qRTPCR技术分析MsBBX20在紫花苜蓿不同组织和不同非生物胁迫下的表达模式。通过基因枪轰击技术,在洋葱表皮瞬时表达MsBBX20进行亚细胞定位。克隆得到大小为1737 bp的MsBBX20启动子序列并分析了顺式作用元件,该启动子可驱动GUS报告基因在烟草的叶、茎和根中高效表达。将MsBBX20启动子序列与包含GUS基因的pCAMBIA-1301载体连接,瞬时转化烟草并通过组织化学染色对不同组织进行GUS活性分析。构建pCAMBIA3301-MsBBX20植物超表达载体,通过农杆菌介导的方法遗传转化野生型拟南芥,获得超表达MsBBX20的拟南芥株系。用不同浓度盐溶液(150、200和300 mmol·L^(-1)NaCl)处理拟南芥转基因株系并分析其MDA含量和抗氧化酶活性。进化分析表明紫花苜蓿MsBBX20蛋白与红三叶TpBBX20的亲缘关系最近。MsBBX20蛋白定位于细胞核。MsBBX20基因在花中表达量最高,且MsBBX20可以响应干旱、盐、冷、脱落酸、赤霉素、光照等多种非生物胁迫。遗传转化获得MsBBX20过表达拟南芥株系,并选择3个高表达阳性株系进行功能验证。在不同浓度NaCl处理条件下,过量表达MsBBX20的拟南芥株系的丙二醛(MDA)含量显著低于对照,而超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)活性均显著高于对照。克隆获得紫花苜蓿锌指蛋白转录因子基因MsBBX20,该基因在花中表达量最高,能够响应多种非生物逆境胁迫和外源激素处理,表明MsBBX20可能参与紫花苜蓿的多个逆境响应过程。进一步的研究证明MsBBX20可能通过调节植物的抗氧化酶系统,缓解逆境造成的植物细胞氧化损伤,提高转基因拟南芥对盐胁迫的抗性,进而增强植株的耐盐性。