日本落叶松LkERF5过表达增强烟草耐旱性

摘要

【目的】日本落叶松是中国东北地区重要的造林树种，具有重要的生态和经济价值，但干旱胁迫严重影响其生长发育。ERF转录因子对日本落叶松响应干旱胁迫的影响尚不明确，本研究拟通过探究日本落叶松LkERF5基因在烟草干旱胁迫响应中的功能，为日本落叶松耐旱机制的解析和林木抗逆分子育种奠定理论基础。【方法】从日本落叶松中克隆LkERF5基因并分析其序列特征；通过在烟草中瞬时表达，确定LkERF5的亚细胞定位；利用酵母系统检测LkERF5的转录激活活性；采用叶盘转化法将LkERF5基因转化烟草，对比分析野生型（WT）和LkERF5转基因烟草在干旱胁迫下的表型和生理生化指标差异。【结果】（1）LkERF5含有1个AP2/ERF保守结构域，属于DREB-A5亚家族。（2）LkERF5定位在细胞核，具有转录激活活性。（3）干旱处理14 d后，WT植株的叶片枯萎或死亡，而LkERF5转基因烟草的顶部叶片保持正常的生长状态。（4）干旱胁迫下，过表达LkERF5植株的可溶性糖和脯氨酸含量显著高于WT，渗透调节作用增强；过表达LkERF5植株的叶绿素含量、净光合速率和水分利用率显著高于WT，气孔导度、胞间CO₂浓度和蒸腾速率显著低于WT，光合作用增强；过表达LkERF5植株的超氧化物歧化酶、过氧化物酶和过氧化氢酶活性显著高于WT，活性氧和丙二醛含量显著低于WT，细胞损伤减轻。【结论】过表达LkERF5烟草通过增加细胞渗透调节物质，提高光合作用，清除活性氧积累来提高植株的抗旱性。本研究不仅为解析日本落叶松的LkERF5基因功能提供了重要依据，并为日本落叶松种质资源的创新与改良提供了关键的候选基因资源。

关键词

日本落叶松 / LkERF5基因 / 转基因烟草 / 抗旱性 / 光合作用 / 基因表达

基金资助

科技创新2030-农业生物育种重大项目（2023ZD040580203）