文档介绍：东北农业大学
2011级攻读硕士学位研究生
学位论文研究课题报告书
研究课题名称:GsPPCK1和GsPPCK3基因对苜蓿的遗传转化及转基因植株的培育
研究生姓名:王家佳
指导教师:朱延明教授
研究起止日期:2012年5月——2014年6月
2013年5月27日
研究的目的与意义(包括理论上和生产实践上的意义):
不良环境(如低温、高温、干旱、盐渍等)作用于植物,将会引起植物体内发生一系列的生理代谢反应,表现为代谢和生长的可逆性抑制,严重时甚至引起不可逆伤害,导至整个植株死亡。全球有20%耕地受到盐害威胁,43%的耕地为干旱、半干旱地区。我国盐碱土的总面积约有3000多万hm2,其中已开垦的有600多万hm2,还有2000多万hm2盐荒地等待开垦利用。仅黑龙江省盐碱地就达9000余万亩,严重制约了黑龙江省农业生产。季节性干旱给农业生产也造成了极大的危害。我国,干旱、半干旱地区占全国土地面积的50%以上,主要集中在华北、东北、西北等粮食主产区。同时,低温、冷害对植物造成的伤害也严重制约着我国农业的发展。每年我国因为低温造成的粮食减产也在10%左右。因此,如何改善植物的生态环境;如何提高作物的抗逆性,实现农业快速、可持续性发展已经成为人们急需解决的关键问题。
紫花苜蓿系豆科植物中较耐低温的饲料作物,是畜牧业生产中的重要饲草,被誉为“牧草之王”。苜蓿不但是重要的饲料作物,更是改善土壤条件、保持水土和保护环境的重要作物。但是苜蓿蛋白质中含硫氨基酸的含量较低,直接影响其营养价值和商品价值。每年我国都要花巨额外汇从国外购进大量蛋氨酸混加在饲料中,所以提高苜蓿中含硫氨基酸的含量具有重要的研究意义和经济价值。
本研究从野生大豆盐碱胁迫基因表达谱中筛选的盐碱胁迫应答基因GsPPCK1和GsPPCK3,通过农杆菌介导法对紫花苜蓿龙牧806进行遗传转化,并获得转基因植株。分析转基因植株的耐盐碱能力,筛选出耐盐碱的转基因苜蓿新株系。本研究对于建立苜蓿分子育种技术体系,充分利用我国盐碱地资源,扩大苜蓿种植面积,提高苜蓿产量和品质,具有重要的研究价值和广阔的开发应用前景。
国内外的研究进展
一、PPCK基因研究进展
PEPC 是一种细胞质酶,它以Mg2+或Mn2+为辅助因子,催化磷酸烯醇式丙酮酸(PEP) 和HCO3-生成草酰乙酸(OAA) 和无机磷酸的不可逆反应。1953年,磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(Phosphoenolpyruvatecarboxylase,PEPC) 从菠菜叶中首次被分离出来,此后发现PEPC 不仅广泛存在于光合生物,如植物、藻类、蓝细菌和光合细菌中,还存在于很多非光合细菌和原生动物中PPCK (磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶激酶, phosphoenolpyruvate carboxylase kinase)是一个约31 kD 钙不依赖的的丝氨酸/苏氨酸(Ser/Thr)类蛋白激酶, 是已发现最小的、低丰度的蛋白激酶, 在C4 植物中该蛋白含量的快速下降与蛋白泛素化的降解密切相关[1-2]。PPCK 磷酸化的底物为磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC), 具有活性的PEPC 参与不同的代谢调控机制, 如C4 和景天酸代谢途径中催化CO2 的固定及豆科植物根瘤发育等。研究表明, 干旱、盐胁迫均能