GsCRCK基因转化农菁1号苜蓿及其耐盐性分析

摘要/Abstract

摘要： GsCRCK基因是参与胁迫早期应答的钙/钙调素调控的受体类蛋白激酶基因,研究发现GsCRCK正向调控拟南芥对NaCl和ABA胁迫的耐性,将耐盐蛋白激酶基因GsCRCK转化苜蓿,对于增强苜蓿的耐盐性具有重要的现实意义。本研究采用农杆菌介导法将其转入农菁1号苜蓿,获得大量抗性植株。经 PCR和RT-PCR检测证明GsCRCK基因已整合到农菁1号苜蓿基因组中并在转基因植株中转录表达。对获得的2个转基因株系进行耐盐性分析,在300 mmol/L NaCl条件下进行胁迫处理,测定处理0,3,6,9,12,15 d后的质膜透性、丙二醛(MDA)和叶绿素(Chl)含量,以及胁迫15 d时的SOD活性;并统计400 mmol/L NaCl处理15 d时各株系的死亡率。结果显示,300 mmol/L 高盐胁迫15 d后转基因苜蓿仍能正常生长,而野生型苜蓿则遭受盐害严重;转基因苜蓿的相对电导率极显著低于野生型,MDA含量也显著低于野生型,而Chl含量和SOD活性都显著高于野生型;在400 mmol/L NaCl处理下,2个转基因株系的死亡率分别为13.33%和10.00%,明显低于野生型植株(63.33%)。表明GsCRCK基因的导入提高了转基因苜蓿的耐盐性。

Abstract: The stress-responsive kinase gene of wild soybean (GsCRCK) was selected because of the gene expression profiles under salinity, drought and cold stresses, previously established in our laboratory. Over expression of GsCRCK in transgenic Arabidopsis resulted in enhanced plant tolerance to high salinity and ABA. In this study, one plant expression vector regulated by a 35S promoter (named as pBEOCRCK) were constructed to transfer the target gene into Medicago sativa cv. Nongjing No.1 separately by the Agrobacterium-mediated method. Many resistant seedlings of GsCRCK have been obtained. The results of PCR and RT-PCR showed that the GsCRCK gene was normally expressed in transgenic plants. After GsCRCK transgenic M. sativa cv. Nongjing No.1 were stressed with 0, 300 and 400 mmol/L NaCl, we compared transgenic M. sativa to non-transgenic M. sativa by assessing specific physiological indicators. The relative membrane permeability, the content of chlorophyll, the content of MDA, and the activity of SOD in plants which were stressed with 300 mmol/L NaCl were measured together with the death rate from a 400 mmol/L NaCl stress. The transgenic M. sativa had a greater tolerance of salinity stress compared with non-transgenic plants.

中图分类号:

刘莹,才华,刘晶,柏锡,纪巍,朱延明. GsCRCK基因转化农菁1号苜蓿及其耐盐性分析[J]. 草业学报, 2013, 22(2): 150-157.

LIU Ying, CAI Hua, LIU Jing, BAI Xi, JI Wei, ZHU Yan-ming. Transformation of the GsCRCK gene into Medicago sativa cv. Nongjing No.1 and salt tolerance analysis in transgenic plants[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2013, 22(2): 150-157.

参考文献

[1] 李彬, 王志春, 孙志高, 等. 中国盐碱地资源与可持续利用研究[J]. 干旱地区农业研究, 2005, 23(2): 154-158.
[2] 葛瑛. 野生大豆碱胁迫基因表达谱分析[D]. 哈尔滨: 东北农业大学, 2008.
[3] 林栖凤. 耐盐植物研究[M]. 北京: 科学出版社, 2004.
[4] 梁慧敏, 夏阳, 王太明. 植物抗寒冻、抗旱、耐盐基因工程研究进展[J]. 草业学报, 2003, 12(3): 1-7.
[5] 赵桂琴, 慕平, 张勃. 紫花苜蓿基因工程研究进展[J]. 草业学报, 2006, 15(6): 9-18.
[6] 包爱科, 杜宝强, 王锁民. 紫花苜蓿耐盐、抗旱生理机制研究进展[J]. 草业科学, 2011, 28(9): 1700-1705.
[7] 张永锋, 梁正伟, 隋丽, 等. 盐碱胁迫对苗期紫花苜蓿生理特性的影响[J]. 草业学报, 2009, 18(4): 230-235.
[8] 覃凤飞, 沈益新, 周建国, 等. 遮阴条件下9个紫花苜蓿品种苗期形态及生长响应[J]. 草业学报, 2010, 19(3): 204-211.
[9] 曹宏, 章会玲, 盖琼, 等. 22个紫花苜蓿品种的引种试验和生产性能综合评价[J]. 草业学报, 2011, 20(6): 219-229.
[10] 张立全, 牛一丁, 郝金凤, 等. 通过花粉管通道法导入红树总DNA获得耐盐紫花苜蓿T₀代植株及其RAPD验证[J]. 草业学报, 2011, 20(3): 292-297.
[11] 姜健, 杨宝灵, 夏彤, 等. 紫花苜蓿耐盐种质资源的遗传多样性分析[J]. 草业学报, 2011, 20(5): 119-125.
[12] 才华, 朱延明, 柏锡, 等. 野生大豆GsbZIP33基因的分离及胁迫耐性分析[J]. 分子植物育种, 2011, 9(4): 397-401.
[13] 杨靓. 野生大豆渗透胁迫相关蛋白激酶基因的克隆及功能分析[D]. 哈尔滨: 东北农业大学, 2010.
[14] 华玮. 烟草钙调素结合蛋白激酶的酶学特性及功能分析[D]. 武汉: 武汉大学, 2003.
[15] Yang T, Chaudhuri S, Yang L, et al. Calcium/Calmodulin up-regulates a cytoplasmic receptor-like kinase in plants[J]. The Journal of Biological Chemistry, 2004, 279(41): 42552-42559.
[16] 马力. 植物钙调素结合蛋白激酶的基因分离、鉴定及生物学功能分析[D]. 武汉: 武汉大学, 2004.
[17] Charpenteau M, Jaworski K, Ramirez B C, et al. A receptor-like kinase from Arabidopsis thaliana is a calmodulin-binding protein[J]. The Biochemical Journal, 2004, 379(Pt 3): 841-848.
[18] Yang T, Chaudhuri S, Yang L, et al. A calcium/calmodulin-regulated member of the receptor-like kinase family confers cold tolerance in plants[J]. The Journal of Biological Chemistry, 2010, 285(10): 7119-7126.
[19] DeFalco T A. Identification and characterization of GmCaMK1: A novel calmodulin-binding receptor-like kinase from nodules of soybean (Glycine max)[D]. Canada: Queen’s University, 2010.
[20] 张月学, 唐凤兰, 张弘强, 等. 零磁空间处理选育紫花苜蓿品种农菁1号[J]. 核农学报, 2006, 21(1): 34-37.
[21] 盛慧. DREB2A、SCMRP基因双价植物表达载体的构建及对苜蓿的遗传转化[D]. 哈尔滨: 东北农业大学, 2006.
[22] 张治安, 张美善, 蔚荣海. 植物生理学实验指导[M]. 北京: 中国农业科学技术出版社, 2004.
[23] 庞彩红, 李双云, 燕丽萍, 等. 转基因苜蓿扦插条件的初步研究[J]. 山东林业科技, 2010, (4): 10-12.
[24] 耿慧, 王志锋, 刘卓, 等. 生根剂对苜蓿扦插的影响初探[J]. 草业科学, 2011, 28(3): 496-497.
[25] 陈吉宝, 赵丽英, 毛新国, 等. 转PvP5CS1基因拟南芥植株对干旱和盐胁迫的反应[J]. 作物学报, 2010, 36(1): 147-153.
[26] 利容千, 王建波. 植物逆境细胞及生理学[M]. 武汉: 武汉大学出版社, 2002.
[27] Sekmen A H, Türkan I, Takio S. Differential responses of antioxidative enzymes and lipid peroxidation to salt stress in salt-tolerant Plantago maritima and salt-sensitive Plantago media[J]. Physiologia Plantarum, 2007, 131(3): 399-411.
[28] 杨升, 张华新, 张丽. 植物耐盐生理生化指标及耐盐植物筛选综述[J]. 西北林学院学报, 2010, 25(3): 59-65.
[29] 李晓燕, 宋占午, 董志贤. 植物的盐胁迫生理[J]. 西北师范大学学报:自然科学版, 2004, 40(3): 106-111.
[30] 许兴, 杨涓, 郑国琦, 等. 盐胁迫对枸杞叶片糖代谢及相关酶活性的影响研究[J]. 中国生态农业学报, 2006, 14(2): 46-48.
[31] 张永峰, 殷波. 混合盐碱胁迫对苗期紫花苜蓿抗氧化酶活性及丙二醛含量的影响[J]. 草业学报, 2009, 18(1): 46-50.
[32] 邹丽娜, 周志宇, 颜淑云, 等. 盐分胁迫对紫穗槐幼苗生理生化特性的影响[J]. 草业学报, 2011, 20(3): 84-90.
[33] 鲁燕, 徐兆师, 张瑞越, 等. W6基因的过表达提高转基因烟草的耐盐性[J]. 作物学报, 2008, 34(6): 984-990.
[34] 周博如, 王雷, 吴丽丽, 等. 转金属硫蛋白基因(MT1)烟草耐NaCl胁迫能力[J]. 生态学报, 2010, 30(15): 4103-4108.