调控亚精胺、精胺生物合成提高假俭草抗逆性的研究

假俭草是起源于我国的重要暖季型草坪草，抗寒性差是限制其广泛应用的主要因素。多胺是重要的植物生长调节物质，能提高植物抗逆性，但其调控的精细机制仍不清楚。本项目利用自主克隆的MfSAMS和CdSAMDC基因，以Ubi调控目的基因和选择标记基因，构建表达载体，将两个基因共转化导入假俭草，有效提高亚精胺和精胺含量，获得抗寒和抗旱的转基因假俭草，为假俭草抗逆育种提供新材料。此外，以抗性提高的转基因假俭草为材料，围绕抗氧化酶系统，采用关键酶抑制剂、信号清除剂处理，研究亚精胺与精胺是否诱导PAO基因表达，是否通过PAO产生的H2O2诱导抗氧化酶系统，提高抗逆性；进一步研究ABA和一氧化氮（NO）是否介导多胺对抗氧化酶和抗逆性调控，多胺对NO合成的调控机制等。上述研究结果将揭示亚精胺、精胺调控假俭草抗逆性的信号途径及其作用机制。因此，本项目不仅具有重要科学意义，获得的转基因假俭草还具有潜在应用价值。

本项目研究多胺对假俭草抗逆性的调控。采用农杆菌介导法，对4000多个假俭草胚性愈伤组织进行了遗传转化，经过潮霉素筛选，获得了表达CdSAMDC基因的转基因假俭草。对转基因植物进行了分子检测，结果表明，CdSAMDC基因以单拷贝插入到2个转基因假俭草株系的基因组，并获得表达，提高了转基因植物的亚精胺和精胺含量。表型鉴定表明，转基因假俭草的抗冻、抗冷性高于野生型，而抗旱性变化不大。在此基础上，以转基因假俭草为材料，结合SAMDC抑制剂MGBG、H2O2清除剂DMTU、NR抑制剂钨酸钠和叠氮钠预处理实验，研究阐明了多胺（亚精胺和精胺）调控假俭草抗寒性的机理。表达CdSAMDC基因导致多胺积累，提高多胺氧化酶（PAO）活性，催化产生H2O2，诱导硝酸还原酶（NR）活性，进而催化NO的合成，提高抗氧化酶活性，提高转基因假俭草的抗寒性。此外，本项目还以假俭草抗冷突变体、抗旱突变体、抗冷性不同的假俭草种质为材料，结合外源多胺处理，比较了它们对低温或干旱的生理响应。结果表明，低温或干旱条件下，抗性强的材料比抗性弱的材料具有更高的抗氧化酶活性和较高的多胺含量，而且抗氧化酶活性的变化与多胺含量呈正相关，外源多胺处理能提高假俭草抗冷、抗旱性，并提高抗氧化酶活性，证明多胺调控的抗氧化保护系统在假俭草抗逆性中起重要作用。本项目还获得了干涉模式植物水稻OsSAMDC2基因表达的转基因水稻，转基因水稻降低了抗旱、抗冷和耐盐性，为深入研究多胺调控植物抗逆性的机制准备了研究材料。上述研究已在SCI刊物发表论文4篇，尚有3篇论文待投SCI刊物。