南京林业大学学报(自然科学版)

作者：郝兆东,马筱筱,王丹丹,陆叶,施季森,陈金慧

单位：林木遗传育种全国重点实验室,南方现代林业协同创新中心,南京林业大学林草学院,江苏 南京 210037

关键词：鹅掌楸,生长素转运蛋白,PIN1基因,生长发育

基金：国家自然科学基金面上项目(32071784)

【目的】PIN-FORMED(PIN)属于生长素转运蛋白,能够介导生长素的极性运输,在植物的生长和发育过程中扮演着关键角色。本研究旨在解析鹅掌楸PIN1基因对植物生长和发育的影响。【方法】通过蛋白序列同源比对、系统发育树构建以及蛋白结构域预测的方法,鉴定鹅掌楸中PIN1的同源蛋白LcPIN1s。然后,通过转录组数据解析LcPIN1s基因的组织特异性表达情况,并通过实时荧光定量逆转录PCR(RT-qPCR)方法研究LcPIN1s在不同苗龄再生植株的根、茎和叶组织中的表达动态。此外,通过转录组数据解析LcPIN1s基因在低温、高温以及干旱胁迫条件下的时序动态表达,并进一步利用RT-qPCR方法研究LcPIN1s响应干旱胁迫与内源ABA合成之间的关联。最后,通过克隆鹅掌楸叶片中高表达的PIN1同源基因LcPIN1a,构建由CaMV35S启动子驱动的过表达载体(35S:LcPIN1a),通过异源转化拟南芥(Arabidopsis thaliana)和同源转化杂种鹅掌楸(Liriodendron × sinoamericanum),筛选并获得的异源过表达(LcPIN1a-HO)和同源过表达(LcPIN1a-OE)阳性再生植株,分别进行生长和发育性状的测定和分析。【结果】通过生物信息学方法在鹅掌楸基因组中成功鉴定到了3个PIN1同源蛋白,分别命名为LcPIN1a、LcPIN1b和LcPIN1c。组织特异性表达分析显示,LcPIN1a主要在叶片中高表达,而LcPIN1b和LcPIN1c主要在茎和根以及成年后的雌蕊中高表达。另外,鹅掌楸3个PIN1同源基因均受到低温(4 ℃)和干旱(质量分数15% PEG6000)处理的诱导而表现出先上调后下调的表达模式,但在高温(40 ℃)胁迫下则会急剧下调表达。利用聚乙二醇(PEG)、脱落酸(ABA)以及ABA合成抑制剂氟啶酮(Flu)处理,发现LcPIN1s在响应干旱诱导时表现出不同的模式,即LcPIN1a不依赖于内源ABA的合成,而LcPIN1b和LcPIN1c则依赖于内源ABA的合成。最后,通过对拟南芥异源过表达株系(LcPIN1a-HO)再生植株的生长性状统计分析发现,其在根长和株高方面均显著低于野生型,同时雄蕊数发生显著变异,从野生型的6枚雄蕊变为以5枚为主。在杂交鹅掌楸过表达株系(LcPIN1a-OE)中,其体胚成苗率显著降低,并且成苗后的再生植株在根长和株高方面均显著低于野生型,同时根系结构发生明显变化,主根不明显。【结论】鹅掌楸PIN1蛋白在植株的营养和生殖生长方面发挥重要作用,过量表达不利于植株的正常生长和发育。

来源：2024年第6期

《南京林业大学学报(自然科学版)》期刊编辑部

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