野生黄花苜蓿DREB转录因子在提高转基因紫花苜蓿抗逆性中的作用

DREB转录因子作为一类在逆境胁迫信号传递过程和逆境胁迫应答基因表达中的关键调节因子，可以调控下游逆境胁迫应答基因的表达，全面增强植物的抗逆性，这一特性在拟南芥等模式植物和水稻等经济作物中已有较清晰的认识，但对于具有重要碳汇功能的牧草的研究十分有限。野生黄花苜蓿具有很强的抗寒性，挖掘和鉴定包括黄花苜蓿在内的天然抗逆植物的抗逆境基因受到了广泛关注。本研究利用野生黄花苜蓿DREB类转录因子基因，以植物双元表达载体pPZP221为基本骨架，构建植物超表达载体，转化紫花苜蓿，获得转基因植株。观察转基因植株在寒冷、干旱、高盐等非生物逆境胁迫下的耐受性，检测导入的外源基因以及受体植物內源逆境胁迫应答基因在转基因植株中的表达情况，从而揭示MfDREB1 和MfDREB1s 转录因子在植物对非生物逆境胁迫应答的功能，阐明其作用机理。

按照研究计划，构建了以pPZP221为基本骨架构建超表达以上2种基因的超表达载体pPZP221（35s-MfDREB1-nos）和pPZP221（35s-MfDREB1s-nos），通过农杆菌介导法将构建的表达载体分别转化到紫花苜蓿、截形苜蓿和烟草外植体，诱导获得再生植株。截至2014年12月，经PCR鉴定已获得转化pPZP221（35s-MfDREB1-nos）的T1代紫花苜蓿株系5个、截形苜蓿株系4个、T2代烟草株系19个，转化pPZP221（35s-MfDREB1s-nos）的T1代紫花苜蓿株系4个、截形苜蓿株系4个、T2代烟草株系15个。对T1代转基因烟草植株进行的初步抗逆实验表明外源基因可以增强转基因植株的抗寒能力。为了进一步充实课题研究内容，从多角度、多层面研究苜蓿抗逆的分子机制，在原研究计划的基础上研究建立了高效的截形苜蓿毛根转化（Hairy Roots Transformation）方法，为在苜蓿体内快速鉴定目的基因功能奠定了基础；探索了microRNA调控截形苜蓿应答胁迫信号的分子机制，构建了1个运用tasiRNA鉴定苜蓿应答胁迫信号基因功能的反向遗传学方法模型。鉴于苜蓿遗传转化再生体系的复杂，工作量大且耗时长，本模型的建立对于植物基因功能的快速鉴定具有重要作用和有益补充。课题执行以来培养硕士研究生4人，其中2人已毕业。待发表英文论文3篇，拟向《Planta》、《Plant Science》和《Plant Cell Report》投稿。