999精品在线视频,手机成人午夜在线视频,久久不卡国产精品无码,中日无码在线观看,成人av手机在线观看,日韩精品亚洲一区中文字幕,亚洲av无码人妻,四虎国产在线观看 ?

甘薯絲裂原活化蛋白激酶MPK6對低溫脅迫的響應

2021-10-29 11:41:12靳容劉明趙鵬張強強張愛君唐忠厚
中國農業科學 2021年20期

靳容,劉明,趙鵬,張強強,張愛君,唐忠厚

甘薯絲裂原活化蛋白激酶對低溫脅迫的響應

靳容,劉明,趙鵬,張強強,張愛君,唐忠厚*

江蘇徐淮地區徐州農業科學研究所/江蘇徐州甘薯研究中心/農業部甘薯生物學與遺傳育種重點實驗室,江蘇徐州 221131

【目的】研究甘薯絲裂原活化蛋白激酶在抵御低溫脅迫過程中的功能,為解析甘薯耐低溫機制和遺傳改良提供參考。【方法】采用農桿菌介導法,將35S::重組表達載體和對照載體質粒pDMC83轉化甘薯愈傷組織,根據載體上特有的序列設計引物對甘薯擬轉基因材料進行分子鑒定,并通過qRT-PCR篩選表達量高的轉基因株系。對非轉基因植株(WT)和轉基因株系進行低溫脅迫和恢復處理,觀察處理后及恢復后的表型變化;檢測葉綠素熒光參數Fv/Fm、丙二醛(MDA)含量和過氧化氫(H2O2)含量等生理指標;利用二氨基聯苯胺(DAB)和氮藍四唑(NBT)染色法觀察活性氧的積累情況;分析低溫信號轉導途徑中關鍵轉錄因子基因和下游基因的表達水平。【結果】共獲得12株過表達甘薯株系,篩選表達量最高的3個過表達株系(L3、L8和L11)用作低溫脅迫分析材料。低溫脅迫下WT的Fv/Fm為0.50,而轉基因株系L3、L8和L11的Fv/Fm分別為0.79、0.79和0.80,與WT呈現極顯著差異水平。溫度恢復后,轉基因植株中Fv/Fm恢復至低溫處理前水平,而WT中Fv/Fm僅為0.70,極顯著低于轉基因植株。低溫脅迫下,WT的丙二醛含量為0.05 μmol·g-1,而轉基因株系L3、L8和L11中的丙二醛含量分別為0.02、0.04和0.02 μmol·g-1,顯著低于WT。溫度恢復正常后,WT中的丙二醛含量為0.03 μmol·g-1,而轉基因株系L3、L8和L11中的丙二醛含量均為0.01 μmol·g-1。DAB和NBT染色結果顯示,低溫脅迫下,WT葉片與轉基因株系葉片相比,染色較深,說明WT比轉基因植株積累了更多的過氧化氫和超氧陰離子。過氧化氫含量測定結果顯示,低溫脅迫下和溫度恢復后,轉基因植株中過氧化氫的含量均顯著低于WT。qRT-PCR結果表明和受低溫誘導表達,且在WT和轉基因株系之間差異顯著。【結論】過表達甘薯植株通過緩解光合系統和膜系統的損傷、減少活性氧的積累,提高了對低溫脅迫的耐受性。通過調控低溫通路中相關基因和的表達,參與甘薯低溫信號轉導途徑。

甘薯;;轉基因株系;低溫脅迫

0 引言

【研究意義】溫度是植物生長發育過程中最重要的環境因素之一,不僅影響農作物的生長發育和產量,也制約農作物的耕作時間和地理分布[1]。甘薯((L.) Lam.)是世界上第七大糧食作物,然而,不論苗期生長還是收獲后儲藏都對低溫都非常敏感,甘薯的不耐低溫性嚴重制約了甘薯產業的發展[2-3]。克隆和低溫應答相關的基因并闡釋其功能,對開展基因靶向育種和改良甘薯耐低溫脅迫的能力具有重要的理論意義。【前人研究進展】有絲分裂原激活的蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)是廣泛存在于真核生物中的信號分子,由MAPKKK、MAPKK和MAPK組成,通過級聯依次磷酸化反應方式參與胞外信號的放大和胞內信號的傳遞,參與生物或非生物的脅迫反應、激素反應、細胞分裂、生長發育與程序性凋亡等[4-6]。目前僅有少數的MAPK級聯反應被詳細報道,其中,擬南芥MEKKK1-MKK2-MPK4/MPK6級聯反應和水稻OsMKK6-OsMPK3級聯反應參與植物低溫信號轉導途徑[7-8]。異源或同源過表達MAPK級聯信號中的激酶可以提高植物耐低溫性。突變MKK2的磷酸化位點,在擬南芥中過表達該突變基因MKK2,抑制其蛋白磷酸化活性,提高了擬南芥的耐低溫性[9];在煙草中分離到一個擬南芥的同源基因,分別在煙草和玉米中過表達該基因,可以提高煙草和玉米的耐低溫性[10-11];在擬南芥中異源表達玉米,可以提高擬南芥耐低溫和耐鹽性[12];在煙草中過表達馬鈴薯或玉米,可通過增加可溶性糖和脯氨酸含量,增加煙草耐低溫性[13-14]。擬南芥中共有20個MAPK,目前,研究較為詳盡的MAPK激酶有MPK3、MPK4和MPK6。根據序列磷酸化位點的保守性,MPK6和MPK3序列最為相近,功能也相似,同屬于A類MAPK,均參與植物生長發育并響應多種生物和非生物脅迫[4,15]。在擬南芥中,響應茉莉酸和乙烯信號傳導、參與病原菌應答、調控氣孔發育、參與植物抗毒素的合成等。低溫脅迫、滲透脅迫和鹽脅迫等非生物脅迫均能夠誘導擬南芥、水稻和玉米等多種植物中的表達[16-18]。在甘薯中,IbMPK6含有11個保守的亞結構域和磷酸化基序TEY。IbMPK6激酶活性可以被早期的NaCl、SA、H2O2和ABA誘導。在煙草中瞬時過表達,可以提高病原相關(protection related,PR)基因的表達水平,增強葉片對細菌病原菌的耐受性[19]。以上數據表明在調控甘薯逆境脅迫的反應過程中可能起著重要的作用。【本研究切入點】低溫脅迫嚴重影響甘薯產業的發展,但有關甘薯抵御低溫脅迫生理和分子機制方面的研究卻很少。前人研究發現低溫脅迫下的表達隨著時間的變化先增后降,在處理30 min時,相對表達量達到頂峰,比處理前增加2.5倍,說明可能參與調控低溫信號轉導途徑[19]。【擬解決的關鍵問題】本研究通過在甘薯中過表達獲得甘薯轉基因株系,開展甘薯耐低溫性鑒定工作,明確響應低溫脅迫的作用,為改良及培育甘薯耐低溫品種提供思路。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

35S::重組表達載體和對照載體質粒pDMC83由韓國生命工學院郭尚姝院士惠贈。大腸桿菌(感受態細胞DH5α、根癌農桿菌()感受態細胞EHA105由徐州甘薯研究中心保存。

1.2 IbMPK6過表達載體的構建及重組質粒的轉化

將重組質粒pDMC83-轉化到大腸桿菌DH5α中,接種至含有50 μg·ml-1卡那霉素的LB培養基中,37℃培養1 d,挑取陽性單克隆菌并提取質粒。將提取的質粒轉化至根瘤農桿菌EHA105中,接種至YEP培養基(含有50μg·ml-1潮霉素和100 μg·ml-1)中,于28℃培養3 d,挑取單克隆進行PCR檢測,篩選陽性克隆,并于-80℃保存備用。PCR檢測引物根據全長序列設計(表1)。

1.3 轉基因甘薯的分子檢測

采用根瘤農桿菌介導法浸染徐薯29胚性愈傷組織。將浸染過的愈傷組織轉移至含有20 mg·L-1乙酰丁香酮的MS培養基上,暗培養3 d。用清水去除愈傷組織上殘留的根瘤農桿菌,將愈傷組織轉移到MS培養基(含有500 mg·L?1頭孢羥氨芐和15 mg·L-1潮霉素)中,光下誘導體細胞胚發生,其間每2周繼代1次,直至生成完整的甘薯幼苗植株。提取擬轉基因甘薯幼苗葉片的DNA和RNA,用于轉基因甘薯植株的分子檢測。篩選mRNA表達量最高的3個株系移栽營養土中,并置于人工氣候室(28℃、相對濕度75%、光照16 h/黑暗8 h的光照周期)中培養,30 d后選取長勢一致的轉基因甘薯植株和非轉基因對照植株(WT)進行低溫脅迫(4℃)處理。低溫處理2 d后,把植株再次移入人工氣候室中恢復2 d,并進行Fv/Fm、丙二醛(malondialdehyde,MDA)和過氧化氫(H2O2)含量等生理指標測定。

1.4 葉綠素熒光參數Fv/Fm的測定

分別于低溫處理前、低溫處理2 d和恢復2 d后,取暗適應30 min后的甘薯植株頂2至頂3完全展開葉,采用LI-6400XT便攜式光合測定儀測定PSⅡ最大光化學效率,即暗適應下可變熒光和最大熒光比值(Fv/Fm)。

1.5 丙二醛含量測定

低溫處理2 d后取甘薯植株頂3完全展開葉于磷酸緩沖液中研磨成勻漿,離心后取2 ml上清液,加入含有0.5%硫代巴比妥酸的三氯乙酸溶液,水浴加熱10 min后迅速冷卻,4 000 r/min離心15 min,取上清液于532和600 nm測定吸光值。MDA含量用μmol·g-1表示,計算公式為V×(OD532-OD600)/(V1/V2×155×FW),式中,V為上清液,V1反應液中的提取液數量,V2為提取液,FW為樣品鮮重,155為MDA的毫摩爾吸光系數[20]。

1.6 過氧化氫染色分析

采用二甲基聯苯胺(dimethylbenzidine,DAB)染色葉片中過氧化氫。將葉片浸泡在0.1% DAB溶液中,并于光下照射6 h。之后將葉片置于95%乙醇中,水浴煮沸,待葉綠素完全脫去,進行拍照觀察。

1.7 超氧陰離子染色分析

采用氮藍四唑(nitro blue tetrazolium,NBT)染色葉片中超陰離子。將葉片浸泡在0.5 mg·mL-1NBT溶液中,抽真空滲透5 min,并放置1 h。之后將葉片置于95%乙醇中,水浴煮沸,待葉綠素完全脫去,進行拍照觀察。

1.8 過氧化氫含量測定

低溫處理2 d后,取甘薯植株頂3完全展開葉,切碎混勻,稱取0.5 g樣品,加入1 ml 0.1%(w/v)三氯乙酸研磨,采用碘化鉀法測定過氧化氫含量[21]。勻漿低溫離心15 min,取上清液0.5 ml,與0.5 ml磷酸緩沖液(0.1 mol·L-1,pH=7.0)和1 ml碘化鉀溶液(1 mol·L-1)混合,避光靜置1 h后,于390 nm處測定吸光值。過氧化氫含量通過標準曲線計算,用μmol·g-1表示。

1.9 RNA提取和實時熒光定量PCR分析

低溫處理3 h后收集轉基因甘薯幼苗第三片完全展開葉,液氮速凍后使用RNA快速提取試劑盒(捷瑞,中國)提取RNA,按照TIANSCript Ⅱ RT kit試劑盒(天根,中國)進行反轉錄,合成cDNA第一條鏈用于qRT-PCR檢測。實時熒光定量PCR總反應體系為模板cDNA 2 μL、上下游引物(表1)各0.4 μL、SYBR PCR Master Mix(TOYOBO, Japan)5 μL和ddH2O 2.2 μL。反應程序為95℃ 3 min;95℃ 3 min 15 s,58℃ 15 s,72℃ 40 s,40個循環。采用2-ΔΔCT方法進行相對定量分析。

表1 所用引物序列

2 結果

2.1 過表達IbMPK6甘薯株系的建成與篩選

將35S::過表達載體(圖1-A)轉入

根瘤農桿菌EHA105中浸染甘薯徐薯29的愈傷組織。將浸染后的愈傷在含有潮霉素的MS培養基上進行篩選,最終共獲得含有潮霉素抗性的甘薯幼苗株系12株。以pDMC83空載體為陽性對照、非轉基因植株(WT)為陰性對照,根據載體上特有的設計引物對這些候選轉基因株系進行PCR鑒定。結果顯示,12株甘薯株系均能夠擴增出與質粒擴增產物大小一致的條帶,而WT則不能擴增出條帶,說明過表達載體已成功轉入甘薯植株(圖1-B)。對過表達株系進行轉錄水平測定,根據相對表達量,篩選出相對表達量最高的株系L3、L8和L11用于下一步試驗(圖1-C)。

A:IbMPK6過表達載體結構示意圖。B:IbMPK6過表達株系PCR鑒定。M:marker;P:質粒;WT:非轉基因對照植株,L1—L12:轉基因株系。C:qRT-PCR檢測篩選IbMPK6過表達株系。不同小寫字母表示在P<0.01水平差異顯著。紅色邊框內表示IbMPK6過表達最高的3個株系L3、L8和L11

2.2 過表達IbMPK6甘薯株系對低溫脅迫的耐受性

為確定過表達是否能夠提高甘薯耐低溫脅迫性,選取生長1個月且長勢一致的非轉基因對照植株(WT)和轉基因株系(L3、L8和L11)進行低溫脅迫處理。結果顯示,低溫脅迫處理2 d后,WT和轉基因株系均發生了不同程度的萎蔫,但WT較轉基因株系萎蔫程度更加嚴重。隨后移至人工氣候室恢復2 d后,轉基因株系幾乎完全恢復到脅迫處理前的狀態,而WT仍然呈現萎蔫狀態(圖2-A)。

Fv/Fm反應光系統PSⅡ中心最大光能轉換效率。低溫脅迫后,轉基因株系中的Fv/Fm比值下降幅度很小,L3、L8和L11的Fv/Fm分別為0.79、0.79和0.80,而WT的Fv/Fm為0.50,與轉基因株系呈現極顯著差異水平。溫度恢復后,轉基因植株中Fv/Fm恢復至低溫處理前水平,而WT中Fv/Fm僅為0.70,極顯著低于轉基因植株。丙二醛是膜脂過氧化的重要產物之一,反映膜系統受損程度。低溫脅迫下,WT的丙二醛含量為0.05 μmol·g-1,比低溫脅迫處理前上升79.5%。而轉基因株系L3、L8和L11中的丙二醛含量分別為0.02、0.04和0.02 μmol·g-1,比低溫脅迫處理前分別上升59.2%、74.3%和46.1%,顯著低于WT。溫度恢復正常后,WT的丙二醛含量為0.03 μmol·g-1,比低溫處理前上升57.2%,而轉基因株系L3、L8和L11中的丙二醛含量均為0.01 μmol·g-1,比低溫脅迫處理前分別上升4.3%、16.6%和3.1%。結果表明,過表達甘薯植株通過減輕光合系統和膜系統的損傷,提高了甘薯對低溫脅迫的耐受性。

2.3 低溫脅迫下轉基因植株活性氧積累的分析

低溫通常會引起植物體內活性氧(active oxygen,ROS)的積累,從而引起氧化脅迫[22]。DAB和NBT染色結果顯示,低溫脅迫下,WT葉片與轉基因株系葉片相比,染色較深,說明非轉基因對照植株(WT)比轉基因植株積累了更多的過氧化氫和超氧陰離子。對過氧化氫含量測定發現低溫脅迫下轉基因植株中過

氧化氫的含量顯著低于WT。溫度恢復后,轉基因植株和WT的過氧化氫均有所下降,但WT中過氧化氫含量仍高于轉基因植株(圖3)。結果表明,低溫脅迫下過表達能夠提高甘薯的抗氧化能力。

2.4 IbMPK6和低溫信號轉導途徑關鍵基因表達分析

為了研究在低溫信號通路中的功能,通過qRT-PCR鑒定了轉基因植株和非轉基因對照植株(WT)在低溫(4℃)處理3 h前后、甘薯低溫信號通路重要轉錄因子和其下游低溫調節基因的表達水平(圖4)。結果顯示,在轉基因植株中的表達水平顯著高于對照植株,表達量分別比WT上調了7.14、11.15和7.71倍,但在低溫脅迫前后表達水平沒有明顯差異。受低溫脅迫誘導表達,低溫脅迫后,轉基因植株中的表達量遠高于對照植株,在L3、L8和L11中的表達量比對照植株分別提高了5.61、7.90和6.87倍。也受低溫脅迫誘導表達,低溫脅迫后,在L8和L11中的表達量較WT極顯著提高,分別比WT上調了2.34和1.96倍。綜上所述,低溫脅迫下過量表達可以促進低溫響應相關基因的表達,提高甘薯植株的耐低溫性。

圖4 低溫脅迫相關基因表達模式分析

Fig.4 Expression pattern of low temperature related genes

3 討論

甘薯具有良好的適應性,能夠充分利用不同地區的光照、溫度、水分和土壤條件,可種植在干旱、貧瘠的大量次級耕地和邊緣土地上,在促進農業生產及推動區域經濟發展中極具潛力[3]。但甘薯不耐低溫,當氣溫降到15℃,甘薯就停止生長,低于9℃,薯塊將逐漸受冷害而腐爛;地上部莖葉經霜凍后很快喪失活力而死亡,低溫脅迫對甘薯的產量和品質會造成嚴重損失[23]。選育甘薯耐低溫的優良品種,研究甘薯抵御低溫脅迫的機制,提高甘薯耐低溫性是目前甘薯產業發展過程中亟需解決的關鍵問題之一。但由于甘薯復雜的遺傳背景,甘薯分子生物學和遺傳轉化等技術起步晚,目前,關于甘薯抵御低溫脅迫的機制研究較少。研究者通常采用在甘薯中異源表達與低溫脅迫相關基因的方法,提高甘薯的耐低溫性。在甘薯中異源表達大豆鋅脂蛋白,可以通過提高光合速率和增強氧化還原酶的活性,緩解低溫脅迫對甘薯幼苗的傷害[24]。擬南芥酸性核糖體P3B,具有RNA伴侶活性,通過磷酸化和轉錄后修飾發揮功能,使植株抵御多種非生物脅迫。之前的研究發現甘薯中異源表達該基因,也可提高植株的耐低溫性[25]。

植物通過細胞膜對低溫信號感知識別,引起質膜流動和鈣離子濃度變化,從而激活鈣離子通道,或由ROS和ABA等信號途徑,經組氨酸激酶、受體激酶、磷酸酯酶和MAPK激酶等信號識別轉導,最終通過轉錄調控應答低溫脅迫[26]。MAPK蛋白激酶作為上游信號,通過級聯反應將低溫信號放大、并傳遞到下游基因,誘導低溫相關基因的表達,提高植物的耐低溫性[4]。前人研究中受低溫脅迫誘導表達,本研究以過表達甘薯株系響應低溫脅迫的研究結果為基礎,從生理和分子機制方面解析調控甘薯抵御低溫能力。光合作用是低溫脅迫時第一個被抑制的代謝過程[27]。低溫影響光合器官的結構和活性、葉綠體氣孔導度、參與光合作用的酶活性和光合電子傳遞以及碳同化過程等方面[28]。本研究中,低溫脅迫下,過表達植株中Fv/Fm顯著高非轉基因照植株(WT),說明過表達有效減輕了轉基因植株中光合系統受到的損傷。此外,低溫脅迫可改變植物的膜相和膜透性,本研究中,低溫脅迫和恢復處理下,相比對照植株,過表達植株中丙二醛含量維持在較低的水平,說明轉基因甘薯植株能減輕低溫脅迫下細胞膜的損傷程度,增強植株的抗氧化能力。過氧化氫和超氧陰離子是活性氧中最重要的成分,植物體內活性氧的過量產生,會破壞離子平衡,損害植物酶系統,引發代謝紊亂,促使有毒物質的積累,破壞植株正常代謝,導致細胞和組織的損傷和死亡[29-30]。本研究中,DAB和NBT染色分析說明過表達提高了低溫脅迫下甘薯的抗氧化能力,減輕了活性氧對植株的傷害。

CBF(C-repeat binding factor)是目前低溫信號轉導途徑中研究最為深入的轉錄因子。CBF蛋白可以通過結合低溫調節基因()的啟動子核心區域CRT/DRE,誘導和低溫相關基因的表達,提高植株的耐低溫性[31]。低溫能夠誘導強烈表達,很多轉錄激活因子能夠正向調控表達。如ICE1能夠結合啟動子區MYC元件,調控表達[32]。此外,晝夜節律調節蛋白CCA1[33]、光敏色素作用因子PIF[34]、晝夜節律光受體蛋白ZTL[35]和熱激蛋白HSP90[36]也正向調控的表達。JIN等[37]在甘薯中發現并克隆了的同源基因,在擬南芥和甘薯中過表達該基因,會引起表達水平的提高,從而提高植株的耐低溫性。本研究中,低溫脅迫下,與WT相比,轉基因甘薯植株中和的表達量呈顯著上升,說明可以介導轉錄因子CBF的調控途徑,提高甘薯的耐低溫性。

多數植株中的受低溫早期誘導表達,活性氧作為信號調控各種生物學反應,曾被認為是MAPK激酶被環境因素激活的內在原因[38]。過氧化氫可誘導表達,從而活化下游基因,調控植物抵御低溫等非生物脅迫[39]。本研究中,隨著低溫脅迫時間的加長,無論轉基因株系還是WT,在低溫脅迫3 h后的表達量和脅迫處理前的表達量保持一致,推測可能在蛋白水平上參與調控IbCBF3轉錄因子調控途徑。由于MAPK激酶底物的多樣性,目前,有關植物參與調控抵御低溫脅迫的機制尚不明確,且在不同作物中低溫脅迫下生物學功能也存在差異。在擬南芥中MPK3/MPK6能夠抑制ICE1的穩定性,從而降低擬南芥的耐低溫性[40];而在水稻中,OsMPK3/OsMPK6通過磷酸化OsICE1抑制OsICE1的降解,并激活OsICE1下游海藻糖-6-磷酸磷酸酶OsTPP1,參與海藻糖的代謝途徑,提高水稻的耐低溫性[41]。本研究表明參與調控依賴型信號通路,提高甘薯對低溫脅迫的抵御能力,但通過激活哪些底物,并如何激活,是否能夠調控非依賴型信號通路等生物學問題還需進一步研究。

4 結論

甘薯參與調控低溫響應過程。過表達甘薯植株通過減少低溫對光合系統和膜系統的損傷,減少活性氧積累,并調控低溫信號轉導途徑中關鍵轉錄因子和下游基因的表達量,提高植株的耐低溫性。

[1] CHINNUSAMY V, ZHU J K, SUNKAR R.Gene regulation during cold stress acclimation in plants.Methods in Molecular Biology, 2010: 39-55.

[2] 解則義.貯藏期甘薯響應冷脅迫的miRNA及其靶基因鑒定分析[D].徐州: 江蘇師范大學, 2017.

XIE Z Y.Identifies chilling responsive miRNAs and their targets in sweetpotato (Lam.) during storage[D].Xuzhou: Jiangsu Normal University, 2017.( in Chinese)

[3] 馬代夫, 李強, 曹清河, 鈕福祥, 謝逸萍, 唐君, 李洪民.中國甘薯產業及產業技術的發展與展望.江蘇農業學報, 2012, 28(5): 969-973.

MA D F, LI Q, CAO Q H, NIU F X, XIE Y P, TANG J, LI H M.Development and prospect of sweetpotato industry and its technologies in China.Jiangsu Journal of Agricultural Sciences, 2012, 28(5): 969-973.(in Chinese)

[4] SEGER R, KREBS E G.The MAPK signaling cascade.The FASEB journal, 1995, 9(9): 726-735.

[5] MIZOGUCHI T, ICHIMURA K, SHINOZAKI K.Environmental stress response in plants: the role of mitogen-activated protein kinases.Trends in biotechnology, 1997, 15(1): 15-19.

[6] DE Z A, COLCOMBET J, HIRT H.The role of MAPK modules and ABA during abiotic stress signaling.Trends in plant science, 2016, 21(8): 677-685.

[7] FURUYA T, MATSUOKA D, NANMORI T.Membrane rigidification functions upstream of the MEKK1-MKK2-MPK4 cascade during cold acclimation in.FEBS letters, 2014, 588(11): 2025-2030.

[8] XIE G, KATO H, IMAI R.Biochemical identification of the OsMKK6-OsMPK3 signalling pathway for chilling stress tolerance in rice.Biochemical Journal, 2012, 443(1): 95-102.

[9] TEIGE M, SCHEIKL E, EULGEM T, DOCZI F, ICHIMURA K, SHINOZAKI K, DANGL J L, HIRT H.The MKK2 pathway mediates cold and salt stress signaling in.Molecular cell, 2004, 15(1): 141-152.

[10] SHOU H, BORDALLO P, FAN J B, YEAKLEY J M, BIBIKOVA M, SHEEN J, WANG K.Expression of an active tobacco mitogen- activated protein kinase kinase kinase enhances freezing tolerance in transgenic maize.Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2004, 101(9): 3298-3303.

[11] KOVTUN Y, CHIU W L, TENA G, SHEEN J.Functional analysis of oxidative stress-activated mitogen-activated protein kinase cascade in plants.Proceedings of the national academy of sciences of the United States of America, 2000, 97(6): 2940-2945.

[12] KONG X P, PAN J W, ZHANG M Y, XING X, ZHOU Y, LIU Y, LI D P, LI D Q.ZmMKK4, a novel group C mitogen-activated protein kinase kinase in maize (), confers salt and cold tolerance in transgenic.Plant, cell & environment, 2011, 34(8): 1291-1303.

[13] YU L, YAN J, YANG Y, ZHU W M.Overexpression of tomato mitogen-activated protein kinase SlMPK3 in tobacco increases tolerance to low temperature stress.Plant Cell, Tissue and Organ Culture, 2015, 121(1): 21-34.

[14] PAN J, ZHANG M, KONG X, XING X, LIU Y K, ZHOU Y, LIU Y, SUN L P, LI D Q.ZmMPK17, a novel maize group D MAP kinase gene, is involved in multiple stress responses.Planta, 2012, 235(4): 661-676.

[15] ROBINSON M J, COBB M H.Mitogen-activated protein kinase pathway.Current Opinion Cell Biology, 1997, 9(2): 180-186.

[16] DROILLARD M, BOUDSOCQ M, BARBIER-BRYGOO H, LAURIERE, C.Different protein kinase families are activated by osmotic stresses incell suspensions: involvement of the MAP kinase AtMPK3 and AtMPK6.FEBS Letters, 2002, 527: 43-50.

[17] LIU Y, ZHANG D, WANG L, LI D Q.Genome-wide analysis of mitogen-activated protein kinase gene family in maize.Plant molecular biology reporter, 2013, 31(6): 1446-1460.

[18] XIE G, KATO H, SASAKI K, IMAI R.A cold-induced thioredoxin h of rice, OsTrx23, negatively regulates kinase activities of OsMPK3 and OsMPK6.FEBS letters, 2009, 583(17): 2734-2738.

[19] KIM H S, PARK S C, JI C Y, PARK S, JEONG J C, LEE H S, KWAK S S.Molecular characterization of biotic and abiotic stress-responsive MAP kinase genes, IbMPK3 and IbMPK6, in sweetpotato.Plant Physiology & Biochemistry, 2016, 108: 37-48.

[20] HODGES D M, DELONG J M, PRANGE F.Improving the thiobarbituric acid-reactive-substances assay for estimating lipid peroxidation in plant tissues containing anthocyanin and other interfering compounds.Planta, 1999, 207(4): 604-611.

[21] ZHOU B, WANG J, GUO Z, TAN H Q, ZHU X C.A simple colorimetric method for determination of hydrogen peroxide in plant tissues.Plant Growth Regulation, 2006, 49(2/3): 113-118.

[22] BAXTER A, MITTLER R, SUZUKI N.ROS as key players in plant stress signalling.Journal of Experimental Botany, 2014, 65(5): 1229-1240.

[23] 江蘇省農業科學院.中國甘薯栽培學.第12版.上海: 上海科學技術出版社, 1984.

Jiangsu Academy of Agricultural Sciences.Sweetpotato cultivation in China.12th ed.Shanghai: Shanghai Science and Technology Press, 1984.(in Chinese)

[24] KIM Y H, KIM M D, PARK S C, YANG K S, JEONG J C, LEE H S, KWAK S S.SCOF-1-expressing transgenic sweetpotato plants show enhanced tolerance to low-temperature stress.Plant Physiology Biochemistry, 2011, 49(12): 1436-1441.

[25] JI C Y, JIN R, XU Z, KIM H S, LEE C J, KANG L, KIM S E, LEE H U, LEE J S, KANG C H, CHI Y H, LEE S Y, XIE Y P, LI H M, MA D F, KWAK S S.Overexpression ofP3B increases heat and low temperature stress tolerance in transgenic sweetpotato.BMC Plant Biology, 2017, 17: 139.

[26] GONG Z Z, XIONG L M, SHI H Z, YANG S H, HERRERA- ESTRELLA L R, XU G H, CHAO D Y, LI J R, WANG P Y, QIN F, LI J J, DING Y L, SHI Y T, WANG Y, TANG Y Q, GUO Y, ZHU J K.Plant abiotic stress response and nutrient use efficiency.Science China-Life sciences, 2020, 63(5): 635-674.

[27] HU W H, WU Y, ZENG J Z, HE L, ZENG Q M.Chill-induced inhibition of photosynthesis was alleviated by 24-epibrassinolide pretreatment in cucumber during chilling and subsequent recovery.Photosynthetica, 2010, 48(4): 537-544.

[28] THEOCHARIS A, CLéMENT C, BARKA E A.Physiological and molecular changes in plants grown at low temperatures.Planta, 2012, 35(6): 1091-1105.

[29] BANTI V, MAFESSONI F, LORETI E, ALPI A, PERATA P.The heat-inducible transcription factor HsfA2 enhances anoxia tolerance in.Plant Physiology, 2010, 152(3): 1471-1483.

[30] VOLKOV R A, PANCHUK I I, MULLINEAUX P M, SCH?FFL F.Heat stress-induced H2O2is required for effective expression of heat shock genes in.Plant Molecular Biology, 2006, 61(4/5): 733-746.

[31] SHI Y T, DING Y L, YANG S H.Cold signal transduction and its interplay with phytohormones during cold acclimation.Plant Cell Physiology, 2015, 56(1): 7-15.

[32] CHINNUSAMY V, OHTA M, KANRAR S, LEE B H, HONG X, AGARWAL M, ZHU J K.ICE1: a regulator of cold-induced transcriptome and freezing tolerance in.Genes Development, 2003, 17(8): 1043-1054.

[33] DONG M A, FARRé E M, THOMASHOW M F.Circadian clock associated 1 and late elongated hypocotyl regulate expression of the C-repeat binding factor (CBF) pathway in.Proceedings of the National Academy Sciences of the United States of America, 2011, 108(17): 7241-7246.

[34] JIANG B C, SHI Y T, ZHANG X Y, XIN X Y, QI L J, GUO H W, LI J W, YANG S H.PIF3 is a negative regulator of the CBF pathway and freezing tolerance in.Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2017, 114(32): E6695-E6702.

[35] KIM W Y, FUJIWARA S, SUH S S, KIM J, KIM Y, HAN L, DAVID K, PUTTERILL J, NAM H G, SOMERS D E.ZEITLUPE is a circadian photoreceptor stabilized by GIGANTEA in blue light.Nature, 2007, 449(7160): 356-360.

[36] NORéN L, KINDGREN P, STACHULA P, RüHL M, ERIKSSON M E, HURRY V, STRAND ?.HSP90, ZTL, PRR5 and HY5 integrate circadian and plastid signaling pathways to regulate CBF and COR expression.Plant Physiology, 2016, 171: 1392-1406.

[37] JIN R, KIM B H, JI C Y, KIM H S, MA D F, KWAK S S.Overexpressing IbCBF3 increases low temperature and drought stress tolerance in transgenic sweetpotato.Plant Physiology and Biochemistry, 2017, 118: 45-54.

[38] PITZSCHKE A, HIRT H.Mitogen-activated protein kinase and reactive oxygen species signaling in plants.Plant Physiology, 2006, 141(2): 351-356.

[39] NISHIHAMA R, BANNO H, KAWAHARA E, IRIE K, MACHIDA Y.Possible involvement of differential splicing in regulation of the activity ofANP1 that is related to mitogen-activated protein kinase kinase kinases (MAPKKKs).The Plant Journal, 1997, 12(1): 39-48.

[40] LI H, DING Y L, SHI Y T, ZHANG X Y, ZHANG S Q, GONG Z Z, YANG S H.MPK3-and MPK6-mediated ICE1 phosphorylation negatively regulates ICE1 stability and freezing tolerance in.Developmental Cell, 2017, 43(5): 630-642.

[41] ZHANG Z Y, LI J H, LI F, LIU H H, YANG W, CHONG K, XU Y Y.OsMAPK3 phosphorylates OsbHLH002/OsICE1 and inhibits its ubiquitination to activate OsTPP1 and enhances rice chilling tolerance.Developmental cell, 2017, 43(6): 731-743.

, amitogen-activated protein kinase, confers low temperature tolerance in sweetpotato

JIN Rong, LIU Ming, ZHAO Peng, ZHANG QiangQiang, ZHANG AiJun, TANG ZhongHou*

Xuzhou Institute of Agricultural Sciences of Xuhuai District of Jiangsu Province/Xuzhou Sweetpotato Research Center of Jiangsu Province/Key Laboratory of Sweetpotato Biology and Genetic Breeding, Ministry of Agriculture, Xuzhou 221131, Jiangsu

【Objective】Studying the function of mitogen activated protein kinase (MAPK)【Method】strain EHA105 harbored the plasmid 35S::were transformed intosweetpotato cv.Xushu29 embryogenic callus.Molecular examination and qRT-PCR were used to screen and select transgenic lines.For low temperature stress assay, selected transgenic lines were performed to observe the phenotype and determine the physiological indexes such as Fv/Fm, the content of malondialdehyde (MDA) and hydrogen peroxide (H2O2) after low temperature treatment and recovery treatment.Diaminobenzidine (DAB) staining and nitro blue tetrazolium (NBT) staining analysis were performed to observe reactive oxygen species (ROS) accumulation.The expression level of the key transcription factorand downstream geneinvolved in low temperature signal transduction pathway were identified before and after low temperature treatment.【Result】Twelve transgenic lines were generated and three transgenic lines (L3, L8 and L11) with a high expression level ofwere selected for low temperature tolerance assay.Under low temperature stress, the level of Fv/Fm in transgenic lines L3, L8 and L11 was 0.79, 0.79 and 0.80, while that in WT was 0.05.After temperature recovery treatment, Fv/Fm in transgenic lines has recovered to former levels, whereas the level of Fv/Fm in WT was only 0.70, which was significantly lower than that in transgenic lines.MDA content of three transgenic (lines L3, L8 and L11) increased by 0.02, 0.04 and 0.02 μmol·g-1, and it of WT increased by 0.05 μmol·g-1after low temperature stress treatment, respectively.After recovery treatment, MDA content in transgenic lines was 0.01 μmol·g-1on average, whereas it of WT was 0.03 μmol·g-1.The results of DAB and NBT staining showed that the leaves of WT were stained deeper than those of transgenic lines, indicated that hydrogen peroxide and superoxide anion were accumulation less in transgenic lines than in WT.Furthermore, H2O2level in WT was significantly higher than that in transgenic lines under low temperature stress condition and after recovery treatment.Low temperature regulated the expression level ofandgenes, but the expression level in transgenic lines was higher than that in WT.【Conclusion】Overexpression ofinvolved in low temperature signaling transduction pathway by up-regulating the expression level of cold related genesand.

sweetpotato;; transgenic lines; low temperature stress

2021-04-06;

2021-06-21

國家自然科學基金青年科學基金(31801447)、上海市資源植物功能基因組學重點實驗室開放課題(PFGR201905)、農業農村部薯類作物生物學與遺傳育種綜合性重點實驗室開放課題(NYBSL201802)

靳容,E-mail:jinrong_2012@126.com。通信作者唐忠厚,E-mail:zhonghoutang@sina.com

(責任編輯 李莉)

主站蜘蛛池模板: 亚洲国产中文精品va在线播放| 伊在人亚洲香蕉精品播放| 国产白丝av| 无码一区18禁| 高清精品美女在线播放| 性网站在线观看| 欧美a在线看| 99久久国产自偷自偷免费一区| 久久午夜夜伦鲁鲁片无码免费| 精品一区二区三区视频免费观看| 国内精品自在欧美一区| 免费高清毛片| 香蕉eeww99国产在线观看| 99成人在线观看| 亚洲精品麻豆| 欧美日韩国产综合视频在线观看| 热伊人99re久久精品最新地| 欧美性天天| 国产精品主播| 99久久免费精品特色大片| 伊人无码视屏| 蜜芽国产尤物av尤物在线看| 有专无码视频| 久久91精品牛牛| 欧美笫一页| 五月天久久婷婷| 日韩精品成人在线| 全部免费毛片免费播放| 国产日韩欧美在线播放| 免费毛片a| 欧美天堂在线| 久久综合色天堂av| 亚洲国产日韩在线观看| 亚洲成a人在线播放www| a亚洲天堂| 精品视频在线观看你懂的一区| 国产91丝袜| 成人免费一级片| 亚洲av日韩综合一区尤物| 51国产偷自视频区视频手机观看 | 国产人成在线视频| 网久久综合| 内射人妻无码色AV天堂| 看国产一级毛片| 婷婷六月激情综合一区| 亚洲a免费| 亚洲三级网站| 中文字幕66页| 欧美日韩导航| 试看120秒男女啪啪免费| 亚洲精品不卡午夜精品| 欧美成人aⅴ| 亚洲青涩在线| 色综合成人| 久久这里只有精品66| 久久人人妻人人爽人人卡片av| 香蕉伊思人视频| 中文字幕啪啪| 免费看美女自慰的网站| 久久久精品久久久久三级| 中文字幕在线不卡视频| 亚洲动漫h| 色综合综合网| 久久综合色88| 国产成+人+综合+亚洲欧美| 色综合中文综合网| 国产剧情国内精品原创| 麻豆国产精品一二三在线观看| 国产JIZzJIzz视频全部免费| 老熟妇喷水一区二区三区| 亚洲有码在线播放| 午夜日韩久久影院| 精品成人免费自拍视频| 又大又硬又爽免费视频| 亚洲全网成人资源在线观看| 国产午夜一级毛片| 欧美三级视频网站| 午夜国产大片免费观看| 麻豆国产在线观看一区二区 | 热re99久久精品国99热| 欧美视频免费一区二区三区| 人妻少妇久久久久久97人妻|