低磷和鋁毒脅迫下大豆γ-ECS和hGSHS基因的克隆及表達(dá)分析.pdf

1、谷胱甘肽(glutathione，GSH)是植物組織內(nèi)的一種重要的小分子三肽化合物(L-γ谷氨酰-L-半胱氨酸-甘氨酸)，在微生物，植物和所有哺乳動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)都具有較高的表達(dá)量。谷胱甘肽在生物體抵御各種脅迫(如干旱，冷害，和重金屬)的過(guò)程中具有十分重要的作用，其作用機(jī)理也一直是人們研究的熱點(diǎn)。大豆等豆科植物組織內(nèi)的GSH類物質(zhì)為高谷胱甘肽(homoglutathione，hGSH)，hGSH具有GSH幾乎所有的功能，其是在γ-谷氨酰半胱氨

2、酸合成酶(γECS)和hGSH合成酶(hGSHS)的催化作用下，通過(guò)兩個(gè)依賴于ATP提供能量的反應(yīng)，由谷氨酸，半胱氨酸，和丙氨酸合成。已有大量研究表明，(h)GSH的合成以及與其合成代謝相關(guān)酶類活性的提高，可增強(qiáng)植物對(duì)逆境的抗性。因此，γ-ECS和(h)GSHS在植物體的抗逆性反應(yīng)中具有不可忽視的作用。本實(shí)驗(yàn)以大豆雙抗品種BX10為實(shí)驗(yàn)材料，研究了低磷(-P)和鋁毒(+Al)脅迫下γ-ECS和hGSHS酶活性的變化，并克隆其γ-ECS和

3、hGSHS基因cDNA片段并測(cè)序驗(yàn)證，從分子水平分析了此兩種酶的基因表達(dá)情況，并以求其在植物抗逆性中的作用，為遺傳改良耐低磷和抗鋁毒的大豆品種以及進(jìn)一步探討其分子機(jī)理提供必要的研究基礎(chǔ)。結(jié)果表明：
　　 (1)-P和+Al處理均提高了BX10根和葉片γ-ECS的活性。-P處理下，與對(duì)照相比，BX10根中γ-ECS活性的最大增值為23%，葉中最大增值為36%；+Al處理下，與對(duì)照相比，BX10根中γ-ECS活性的最大增值為33.8

4、%，葉中最大增值為32.3%。另外，在不同的處理時(shí)期，+Al處理下根中γ-ECS活性的增值始終大于其在-P處理下的增值。而葉片中γ-ECS活性在+Al處理12d時(shí)的增值明顯低于其在-P處理下的增值。
　　 (2)在處理前期，BX10根和葉片中hGSHS活性都無(wú)顯著變化。隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，與對(duì)照相比，根和葉片中hGSHS活性都有不同程度的上升。-P處理下根和葉中hGSHS最大增幅分別為40.3%和76%，+Al處理下根和葉片中h

5、GSHS活性的最大增幅分別為88%和42.8%，且最大增幅都出現(xiàn)在不同處理的后期。
　　 (3)半定量RT-PCR分析結(jié)果表明：-P和+Al處理均能顯著增強(qiáng)大豆根和葉片中γ-ECS基因的表達(dá)量，但隨著+Al處理時(shí)間的延長(zhǎng)(12d)，葉片中γ-ECS的表達(dá)恢復(fù)至對(duì)照水平。隨著-P處理時(shí)間的延長(zhǎng)(12d)，大豆葉片和根中γ-ECS的表達(dá)量恢復(fù)甚至低于了對(duì)照水平；-P和+Al處理也能顯著增強(qiáng)大豆根和葉片中hGSHS基因的表達(dá)，特別處理

6、后期(12d)，大豆根中hGSHS基因的相對(duì)表達(dá)量快速上升。但-P處理2d時(shí)，葉片中hGSHS的相對(duì)表達(dá)量達(dá)最大值，之后表達(dá)有所下降。
　　 研究結(jié)果表明，低磷和鋁毒脅迫下大豆雙抗品種BX10通過(guò)上調(diào)谷胱甘肽合成酶基因的表達(dá)，提高了谷胱甘肽合成酶的活性，增加了hGSH的生物合成速率，提高了大豆根和葉片中hGSH的水平及hGSH/hGSSG的比值，以響應(yīng)低磷和鋁毒脅迫，維持自身體內(nèi)的代謝平衡。表明谷胱甘肽合成代謝與大豆磷高效和耐鋁