玻璃颤菌血红蛋白(Vhb)是玉米内涝改良的有效分子工具

摘要

从玻璃颤菌中提取的VHb已被广泛用于提高多种植物的耐涝性。本研究用轰击法将VHb基因转化到玉米中。在涝渍处理下，转基因VHb玉米的茎高、主根长、侧根数、茎重和根干重均高于WT，外源VHb基因的存在增强了玉米对涝渍胁迫的耐受性。

介绍

内涝是日益严重的玉米生产和生产力的主要制约因素之一，造成严重的产量损失。1]。在南亚和东南亚，该地区种植的玉米中约有15%经常受到内涝或洪涝的影响，导致每年损失20%-30%的产量[1]。转基因技术已被广泛应用于提高植物的耐淹或耐涝能力[2，3.]。VHb基因是提高植物耐淹或耐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、白菜和矮牵牛的耐淹或耐涝能力增强[4-6]。在我们的研究中，VHb被转移到玉米中。转基因VHb玉米对涝渍胁迫的耐受性优于转基因玉米。

转基因VHb玉米耐涝能力增强

作为氧载体，VHb蛋白的存在经常促进宿主在缺氧条件下的生长。本研究通过PCR扩增从玻璃体振荡菌中分离出VHb基因的全编码序列(CDS)，并在CaMV35S启动子控制下构建成pCAMBIA3301二元载体。用轰击法将VHb基因转入未成熟Hi-II合子胚的玉米愈伤组织中。随后，获得了假定的转基因VHb植株。结果表明，VHb基因已被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，利用标记辅助回交和自花授粉将VHb基因转移到郑58和CML50等多个遗传背景中。获得3个纯合的郑58 (VHb)系和5个纯合的CML50 (VHb)系[7]。

在温室池中对转基因VHb玉米及其三片可见叶片WT进行了涝渍处理。所有实验均进行3次生物重复。通过测定玉米幼苗高(cm)、主根长(cm)、侧根数、茎干重(g)和根系干重(g)等性状来分析玉米耐涝性。涝渍处理下，转基因郑58 (VHb)和CML50 (VHb)的苗高和初生根均高于WT，且均长出大量侧根，显著大于WT，涝渍郑58 (VHb)和CML50 (VHb)的茎干重均大于WT，但两种处理的茎干重差异显著。涝渍CML50和郑58的根系干重显著轻于未处理CML50和郑58，而CML50 (VHb)和郑58 (VHb)的根系干重则明显轻于未处理CML50和郑58，说明涝渍胁迫下VHb的过表达促进了根系发育。涝渍胁迫下，CML50 (VHb)和郑58 (VHb)的ADH1酶活性和表达水平均高于对照[j]。7]。因此，转基因VHb玉米对涝渍胁迫的耐受性增强。

在之前的研究中，VHb基因已被转移到几种植物中，但玉米除外。玉米作为一种重要作物，在苗期(V2)极易发生内涝，造成严重的产量损失[j]。8]。本研究利用轰击法将VHb基因转化到玉米中，并通过代客辅助杂交将VHb基因转移到郑58和CML50遗传背景中。涝渍处理下，郑58和CML50遗传背景下VHb的过表达显著提高了幼苗高、主根长、侧根数、茎干重和根干重等性状[j]。7]。转基因郑58 (VHb)和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

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2. Fukao T和bailley - serres J.水稻对赤霉素反应的SLR1和SLRL1限制介导Sub1A的耐淹性。美国国家科学促进会。2008; 105:16814 - 16819。
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4. 王忠，等。玻璃体颤振菌血红蛋白(VHb)的功能表达在阿拉伯芥中，缓解浸水、亚硝化、光氧化应激，增强抗氧化剂代谢。植物Sci.2009; 176:66 - 77。
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7. 杜华，等。玻璃颤菌血红蛋白的过度表达增加了拟南芥和玉米的耐涝性。植物学报，2016;16:35。
8. Zaidi PH等。玉米(Zea mays L.)对水分的耐受性:敏感作物阶段和耐受性基因型的鉴定。农业科学进展，2004;19(1):1 -2。