拟南芥PMRP基因在叶绿体淀粉粒积累和抗寒性中的作用

• 作者: 张海丽 王凤茹 董金皋 赵亚林 闫青地 高梦烛
• 来源期刊: 中国农业科学
• 关键词: PMRP 抗寒性 淀粉粒 拟南芥
• 年，卷（期）: 2016,（5）
• 所属期刊栏目: 作物遗传育种·种质资源·分子遗传学
• 页码范围: 832-839
• 语种: 中文
• DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2016.05.003

摘要

[目的]分析推测的膜蛋白(putative membrane related protein,PMRP)在拟南芥叶绿体发育过程的作用,明确PMRP对拟南芥光合能力的影响及抗寒性分析,为改善作物光合性能及增强抗逆性提供理论依据.[方法]构建PMRP的RNAi和过表达载体,转化农杆菌EHA105,采用花絮侵染法转化野生型拟南芥(Columbia,Col-0),获得PMRP RNAi和过表达转基因拟南芥;以野生型和PMRP RNAi、过表达转基因拟南芥为材料,利用细胞生物学方法,观察PMRP表达量对拟南芥叶肉细胞叶绿体的结构和淀粉粒积累的影响;利用红外CO2分析法测定拟南芥的光合速率,分析PMRP对拟南芥光合能力的影响.选取16h光照、21℃条件下培养的21d的野生型Col-0、3个过表达PMRP转基因拟南芥株系,3个PMRP-RNAi转基因拟南芥株系,用冷光源培养箱培养,先在4℃培养7d,然后在-8℃培养1.5h,取出放到16 h光照、21℃条件培养7d后,分析PMRP转基因拟南芥对寒害的抗性.选取14d的野生型Col-0、3个过表达PMRP转基因拟南芥株系和3个PMRP-RNAi转基因拟南芥株系,对其莲座叶细胞渗出液电导率进行测定.[结果]获得PMRP RNAi和过表达转基因拟南芥株系;通过测定野生型和转基因株系的莲座叶光合速率,野生型Col-0的光合速率为7.3 μmol·m-2·s-1,PMRP-RNAi转基因拟南芥的光合速率分别为8.8、7.8和8.5 μmol·m-2·s-1,PMRP表达量的降低略增强了拟南芥的光合速率.野生型Col-0的绿叶率为48％,过表达PMRP转基因拟南芥的3个株系绿叶率分别为48.6％、47.8％和49.2％,3个PMRP-RNAi转基因拟南芥的绿叶率分别为65.9％、67.4％和68.3％,表明PMRP表达量的降低增强了植物的耐寒性.在-8℃下处理30 min,野生型Col-0拟南芥莲座叶的渗出液电导率为70.67 μS·cm-1,PMRP-RNAi拟南芥莲座叶渗出液电导率分别为48.57、45.40和52.10 μS·cm-1.表明PMRP表达量的降低明显降低了逆境对细胞膜的损伤.通过对PMRP-RNAi转基因拟南芥和野生型拟南芥完全展开的莲座叶,进行超微结构分析,发现野生型拟南芥莲座叶细胞中,叶绿体为椭圆形,而PMRP-RNAi转基因拟南芥莲座叶细胞叶绿体变为近似圆形;在光照情况下,PMRP-RNAi转基因拟南芥叶绿体中淀粉粒的积累与野生型相似,均有明显的淀粉粒积累,但在黑暗环境中,PMRP-RNAi转基因拟南芥叶绿体中淀粉粒积累明显增多.[结论]PMRP表达量降低造成叶绿体形状由梭型变为圆球型,淀粉粒明显增多,增强了拟南芥的抗寒性.