透明颤菌血红蛋白(Vhb)是改善玉米内涝的有效分子工具

摘要

从透明颤菌中提取的VHb已被广泛应用于多种植物的抗涝能力的提高。本研究采用轰击法将VHb基因转化到玉米中。在涝渍胁迫下，转基因VHb玉米表现出较高的茎高、较长的主根长、较长的侧根数、较重的茎部和根干重。外源VHb基因的存在增强了玉米对涝渍胁迫的耐受能力。

简介

内涝加剧了玉米生产和生产力的主要制约因素之一，并导致严重的产量损失[1］．在南亚和东南亚，该地区约15%的玉米种植经常受到内涝或洪水的影响，每年造成20%-30%的产量损失[1］．转基因技术已广泛应用于提高植物的耐淹涝能力[2，3.］．VHb基因是提高植物耐淹涝能力的理想分子工具。在先前的研究中，外源VHb基因的存在，使拟南芥、卷心菜和矮牵牛表现出增强的耐淹或耐涝能力[4-6］．在我们的研究中，VHb被转移到玉米中。转基因VHb玉米比野生型玉米更能耐受涝渍胁迫。

转基因VHb玉米抗涝能力增强

VHb蛋白作为一种氧载体，在低氧条件下经常促进宿主的生长。本研究通过PCR扩增从透明颤菌中分离出VHb基因的全编码序列(CDS)，并在CaMV35S启动子控制下构建到pCAMBIA3301二元载体中。采用轰击法将VHb基因转化为玉米Hi-II未成熟合子胚愈伤组织。随后，获得了假定的转基因VHb植株。PCR和southern blot检测结果表明，VHb基因已整合到玉米基因组中。外源VHb基因在玉米中也表现出较高的mRNA水平。随后，通过标记辅助回交和自花授粉，将VHb基因转入Zheng58、CML50等多个遗传背景中。获得3个纯合子系郑58 (VHb)和5个纯合子系CML50 (VHb) [7］．

对转基因VHb玉米及其三片可见叶片的WT在温室池中进行淹水处理。所有试验均进行3个生物重复。通过测定苗高(cm)、初生根长(cm)、侧根数、茎干重(g)和根干重(g)等性状，分析了玉米的耐涝性。涝渍处理下，转正58 (VHb)和转CML50 (VHb)苗高、主根长，且长出大量侧根，显著大于野生型。涝渍后正58 (VHb)和转CML50 (VHb)的茎干重均大于野生型，但涝渍后正58 (VHb)和正58 (VHb)的茎干重差异显著。淹水处理的CML50和正58根系干重显著轻于未处理的CML50和正58，而CML50 (VHb)和正58 (VHb)根系干重不显著轻，说明过表达VHb促进了淹水胁迫下根系发育。涝渍胁迫下CML50 (VHb)和Zheng58 (VHb)的酶活性和ADH1表达量均高于对照[7］．因此，转基因VHb玉米对涝渍胁迫的耐受性增强。

在以往的研究中，VHb基因已转移到几种植物中，但玉米除外。玉米作为一种重要作物，在苗期(V2)极易受内涝影响，造成严重的产量损失[8］．本研究采用轰击法将VHb基因转化到玉米中，并通过maker- assisted crossing将VHb基因转移到郑58和CML50遗传背景中。涝渍处理下，正58和CML50基因背景下VHb的过表达均显著提高了苗高、主根长、侧根数、笋干重和根干重等性状[7］．转郑58 (VHb)和转CML50 (VHb)在苗期对涝渍胁迫的耐受性增强。结果表明，VHb基因是提高玉米耐涝性的理想分子工具。

参考文献

1. Rathore TR，等。土壤水分过剩(涝渍)条件下的玉米生产。见:第二届亚洲区域玉米研讨会论文集。老挝巴诺斯，菲律宾，1998年2月23日至27日;p23。
2. Fukao T和Bailey-Serres J. Sub1A传递的淹没耐药是由水稻的SLR1和SLRL1限制赤霉素反应介导的。美国国家科学研究院。2008; 105:16814 - 16819。
3. 服部Y，等人。乙烯响应因子SNORKEL1和SNORKEL2使水稻适应深水环境。大自然。2009;460:1026 - 1030。
4. 王哲，等。透明颤菌血红蛋白(VHb)功能表达在阿拉伯收养缓解淹没，硝化，光氧化胁迫和增强抗氧化剂代谢。植物Sci.2009; 176:66 - 77。
5. 李X，等。透明颤血红蛋白过度表达增加卷心菜的耐淹没性。植物细胞杂志，2005;23:710-715。
6. 毛志刚，等。引入VHb基因对矮牵牛水培生长和耐涝性的改善。机械学报，2003;45:205-210。
7. Du H，等。透明颤菌血红蛋白的过表达增加了拟南芥和玉米的耐涝性。BMC植物生物学2016;16:35。
8. Zaidi PH等。玉米(Zea mays L.)耐超湿性:易感作物阶段和耐湿基因型鉴定。农田作物Res2004;90:189-202。