羊草LcCBF6基因的表达特性和功能研究

doi:10.11686/cyxb2020375

草业学报 ›› 2021, Vol. 30 ›› Issue (10): 105-115.DOI: 10.11686/cyxb2020375

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羊草LcCBF6基因的表达特性和功能研究

李倩¹^,²(), 李晓霞¹(), 程丽琴¹, 陈双燕¹, 齐冬梅¹, 杨伟光³, 高利军¹, 新巴音¹, 刘公社¹()

^1.中国科学院植物研究所北方资源植物重点实验室，北京 100093
^2.山东省淄博第七中学，山东淄博 255000
^3.黑龙江省农业科学院畜牧兽医分院，黑龙江齐齐哈尔 161005

收稿日期:2020-08-04 修回日期:2020-09-21 出版日期:2021-09-16 发布日期:2021-09-16
通讯作者: 李晓霞,刘公社
作者简介:Corresponding author. E-mail： lixx2013@ibcas.ac.cn
Corresponding author. E-mail： liugs@ibcas.ac.cn
李倩（1993-），女，山东莱州人，硕士。E-mail： 15621567691@163.com
基金资助:
国家自然科学基金项目(32071869);中国科学院战略性先导科技专项(XDA26030202);内蒙古自治区科技重大专项(zdzx2018016)

Expression characteristics and functional analysis of the LcCBF6 gene from Leymus chinensis

Qian LI¹^,²(), Xiao-xia LI¹(), Li-qin CHENG¹, Shuang-yan CHEN¹, Dong-mei QI¹, Wei-guang YANG³, Li-jun GAO¹, Ba-yin XIN¹, Gong-she LIU¹()

^1.Key Laboratory of Plant Resources，Institute of Botany，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100093，China
^2.Shandong Zibo No. 7 Middle School，Zibo 255000，China
^3.Branch of Animal Husbandry and Veterinary of Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences，Qiqihar 161005，China

Received:2020-08-04 Revised:2020-09-21 Online:2021-09-16 Published:2021-09-16
Contact: Xiao-xia LI,Gong-she LIU

摘要/Abstract

摘要：

羊草是我国重要的牧草和生态草资源，具有耐盐碱、耐旱、耐低温等特性，是天然的抗逆基因资源库。CBF/DREB属于AP2转录因子家族，在植物抗逆中发挥着重要作用。本研究克隆得到羊草LcCBF6（Leymus chinensis C-repeat binding factor6）基因，该基因含有AP2结构域，编码245个氨基酸。氨基酸序列比对发现，LcCBF6与蒙古冰草和黑麦的CBF6蛋白的同源性分别为92%和91%。组织特异性表达模式分析表明，LcCBF6基因在羊草根、叶、种子中均有表达，且受盐胁迫诱导表达。过表达LcCBF6能显著提高转基因拟南芥的抗盐性。在盐胁迫条件下，转基因株系的绿色子叶数、根长、植株生物量以及存活率等均明显高于野生型。上述结果表明羊草LcCBF6基因在提高植物盐胁迫抗性方面发挥了重要的作用，将为牧草及重要农作物抗逆分子育种提供优异的基因资源。

关键词: 羊草, CBF基因家族, LcCBF6, 转基因, 耐盐性

Abstract:

Chinese wild rye（Leymus chinensis） is an important forage grass in China， and is also ecologically important because it has high tolerance to saline-alkali soil， drought， and low temperature stresses. Chinese wild rye can therefore be an excellent gene pool for molecular breeding to enhance stress tolerance. CBF/DREBs belong to the AP2 transcription factor family and play an important role in plant stress resistance. In this study， the LcCBF6（L. chinensis C-repeat binding factor 6） gene was cloned. It encoded 245 amino acids and contained the AP2 domain. Amino acid sequence alignment showed that the LcCBF6 gene had high sequence conformity to its homologous proteins from Agropyron mongolicum （92%） and Secale cereale （91%）. Expression analysis confirmed that LcCBF6 gene was expressed in roots， leaves and seeds， and was significantly induced by salt stress. Overexpression of LcCBF6 significantly enhanced the salt resistance of transgenic Arabidopsis thaliana. Under the salt stress， the number of green cotyledons， the root length， plant biomass and survival rate of transgenic lines were all significantly higher than in the wild type. The results suggest that the LcCBF6 gene might play an important positive role in salt stress tolerance， and be an excellent gene to utilize for enhancing stress tolerance in forages and other important crops.

Key words: Leymus chinensis, CBF gene family, LcCBF6, transgene, salt tolerance

李倩, 李晓霞, 程丽琴, 陈双燕, 齐冬梅, 杨伟光, 高利军, 新巴音, 刘公社. 羊草LcCBF6基因的表达特性和功能研究[J]. 草业学报, 2021, 30(10): 105-115.

Qian LI, Xiao-xia LI, Li-qin CHENG, Shuang-yan CHEN, Dong-mei QI, Wei-guang YANG, Li-jun GAO, Ba-yin XIN, Gong-she LIU. Expression characteristics and functional analysis of the LcCBF6 gene from Leymus chinensis[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2021, 30(10): 105-115.

图/表 7

图1 LcCBF6基因编码蛋白序列比对分析

Fig.1 Sequence alignment analysis of LcCBF6 gene coding protein

图2 LcCBF6系统进化树Aegilops biuncialis两芒山羊草；Aegilops tauschii节节麦；Agropyron mongolicum沙芦草；Brachypodium distachyon短柄草；Eragrostis curvula弯叶画眉草；Festuca arundinacea苇状羊茅；Festuca pratensis草甸羊茅；Hordeum vulgare大麦；Leymus chinensis羊草；Lolium perenne黑麦草；Oryza brachyantha短花药野生稻；Oryza sativa水稻；Panicum miliaceum糜子；Paspalum vaginatum海雀稗；Poa pratensis草地早熟禾；Secale cereale黑麦；Setaria italica小米；Setaria viridis狗尾草；Sorghum bicolor高粱；Triticum aestivum普通小麦；Triticum turgidum硬粒小麦；Zoysia japonica结缕草。

Fig.2 LcCBF6 phylogenetic tree

图3 LcCBF6基因的表达模式A：组织特异性表达模式；B：盐胁迫下表达模式。*表示P<0.05差异显著，**表示P<0.01差异极显著，下同。A： Tissue specific expression pattern； B： Expression patterns under salt stress； * Indicates a significant difference at P<0.05， ** Indicates a significant difference at P<0.01， the same below.

Fig.3 Expression patterns of LcCBF6 gene

图4 植物表达载体pCAMBIA3301-LcCBF6酶切鉴定及转基因株系PCR鉴定

Fig.4 Identification of plant expression vector pCAMBIA3301-LcCBF6 by enzyme digestion and PCR identification of transgenic line

图5 NaCl胁迫对LcCBF6转基因拟南芥种子萌发的影响A表型；B绿色子叶率；C鲜重。A： Phenotype； B： Cotyledons greening rate； C： Fresh weight. WT：野生型Wild type. 下同 The same below.

Fig. 5 Effects of LcCBF6-over-expressing Arabidopsis seed germination under NaCl stress （mean±SD， n=3）

图6 转LcCBF6基因拟南芥幼苗抗盐表型A：表型；B：存活率；C：鲜重。A： Phenotype； B： Survival rate； C： Fresh weight.

Fig.6 Salt-resistant phenotype of LcCBF6-over-expressing Arabidopsis in seedlings stage （mean±SD， n=3）

图7 NaCl胁迫对LcCBF6转基因拟南芥根长影响

Fig.7 Effects of NaCl stress on root length of LcCBF6-over-expressing Arabidopsis plants （mean±SD， n=3）

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Expression characteristics and functional analysis of the LcCBF6 gene from Leymus chinensis

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