基本信息
- 項目名稱：
- 螺旋藻耐鹽相關(guān)功能基因的研究
- 小類：
- 生命科學
- 大類：
- 自然科學類學術(shù)論文
- 簡介：
- 我國近9913萬公頃土地鹽堿化，可用耕地嚴重減少。本團隊在指導老師的指導下，在國家自然科學基金等的資助下，在自主完成的螺旋藻全基因組序列圖的基礎(chǔ)上，利用比較基因組學和功能基因?qū)W方法，全面系統(tǒng)地分析螺旋藻耐鹽堿的分子機理，發(fā)現(xiàn)和驗證了若干抗鹽堿性狀相關(guān)的功能基因。本研究結(jié)果將為基因工程育種提供新的功能基因，也為培育抗逆性增強的螺旋藻新品種、挖掘其他藻類抗逆功能相關(guān)基因奠定基礎(chǔ)，具有重要的科學意義。
- 詳細介紹：
- 我國近9913萬公頃土地鹽堿化，可用耕地嚴重減少，隨之而來將是更為嚴重的糧食危機：在大量土地鹽堿化等嚴峻的形勢下，人類不得不開始深思一個涉及到生存的根本問題：如何研究出在鹽堿地上也可以生長的作物來應(yīng)對即將到來的更為嚴重的糧食危機？但是，迄今還沒有得到高效的、具有很好應(yīng)用前景的耐鹽堿基因。本團隊在指導老師的指導下，在國家自然科學基金等的資助下，在自主完成的螺旋藻全基因組序列圖的基礎(chǔ)上，利用比較基因組學和功能基因組學研究方法，全面系統(tǒng)地分析螺旋藻耐鹽堿的分子機理，發(fā)現(xiàn)和驗證了若干抗鹽堿性狀相關(guān)的功能基因。本研究結(jié)果將為植物基因工程育種提供新的功能基因，也為培育抗逆性增強的螺旋藻新品種、挖掘其他藻類抗逆功能相關(guān)基因奠定基礎(chǔ)，具有重要的科學意義，將產(chǎn)生一定的社會效益。 與此同時，我國耐鹽堿生物種質(zhì)資源豐富，但從事此方面研究的單位和研究人員仍太少，遠不能滿足生產(chǎn)對科技的迫切需求，而且這方面的研究容易獲具有自主知識產(chǎn)權(quán)的科研成果，確立在國際本領(lǐng)域的學術(shù)地位，值得引起足夠的重視。
作品圖片
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 目的：研究高抗逆性藍細菌螺旋藻耐高鹽的分子機理，克隆并驗證螺旋藻耐鹽相關(guān)基因及其啟動子功能，為耐鹽堿轉(zhuǎn)基因植物培育打下基礎(chǔ)。 基本思路：通過蛋白組學分析，篩選螺旋藻耐高鹽相關(guān)功能基因；預(yù)測并克隆耐鹽相關(guān)基因啟動子，以gfp為報告基因，構(gòu)建集胞藻PCC6803同源重組雙交換平臺，驗證啟動子功能；克隆螺旋藻耐鹽相關(guān)基因，敲除集胞藻基因組中上述基因同源基因，通過遺傳互補實驗，進一步驗證上述基因的功能。
科學性、先進性及獨特之處
- 鹽脅迫是影響農(nóng)作物產(chǎn)量的重要因素,而螺旋藻的耐鹽能力極強、細胞結(jié)構(gòu)簡單、培養(yǎng)條件便利，是很好的研究材料。國內(nèi)外迄今還無學者從基因組、蛋白組水平較系統(tǒng)地研究螺旋藻抗鹽堿分子機理。本課題組在自主完成最重要的經(jīng)濟微藻螺旋藻全基因組序列圖的基礎(chǔ)上，首度在基因組學、蛋白組學水平比較系統(tǒng)地研究螺旋藻抗鹽堿的分子機理；另外，本實驗構(gòu)建的集胞藻6803同源重組雙交換平臺，為研究螺旋藻基因功能提供了嶄新的研究手段。
應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義
- 我國近9913萬公頃土地鹽堿化，可用耕地嚴重減少，隨之而來將是更為嚴重的糧食危機，必須盡快研究出能在鹽堿地上可生長的作物。但迄今未發(fā)現(xiàn)高效且應(yīng)用前景好的耐鹽堿基因。本團隊依托指導老師自主完成的螺旋藻全基因組序列圖，利用基因組學方法，系統(tǒng)分析螺旋藻耐鹽堿分子機理，發(fā)現(xiàn)驗證了若干抗鹽堿相關(guān)功能基因。本研究為基因工程育種提供新的功能基因，也為其他藻類同類研究奠定基礎(chǔ)，具重要科學意義，將產(chǎn)生一定社會效益。
學術(shù)論文摘要
- 目的：研究高抗逆性螺旋藻耐鹽分子機理，克隆并驗證螺旋藻耐鹽相關(guān)基因功能，為耐鹽堿轉(zhuǎn)基因植物培育打下基礎(chǔ)。方法：利用蛋白組學，分析三個鹽濃度（0.02M、0.5M 和1.0M NaCl）下螺旋藻差異表達蛋白，篩選螺旋藻耐高鹽相關(guān)功能基因；預(yù)測并克隆6個耐鹽相關(guān)基因啟動子；以gfp為報告基因，集胞藻PCC6803為受體菌，測定螺旋藻耐鹽相關(guān)基因啟動子的鹽誘導效應(yīng)；分析獲得集胞藻中與上述耐鹽相關(guān)基因同源基因，取其上下游1Kb片段為同源臂，Kanr為篩選基因，敲除上述同源基因；將獲得的突變株置于不同鹽濃度，對比生長情況。結(jié)果：得到高鹽組與正常組間差異表達蛋白點141個，其中82個功能已知，39個功能未知；82個功能已知基因參與光合作用、糖酵解等31條代謝途徑；成功克隆的3個螺旋藻啟動子能被鹽脅迫誘導；獲得敲除基因突變株1個（記為295-），培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)，突變株在低鹽下生長狀況與野生株無異，中鹽、高鹽下，繁殖速度較野生株明顯下降。結(jié)論：篩選得140多個螺旋藻耐鹽相關(guān)候選基因，初步驗證了3個螺旋藻耐鹽相關(guān)基因啟動子，成功地構(gòu)建集胞藻6803同源重組雙交換整合平臺，初步驗證編號為295基因與耐鹽性相關(guān)。
獲獎情況
- 浙江省第二屆生命科學學科競賽二等獎（附件1）。 部分研究結(jié)果撰寫的論文：《螺旋藻耐鹽相關(guān)基因啟動子區(qū)功能的研究》已被《遺傳》雜志（稿件編號11-117）錄用（附件2）。 溫州醫(yī)學院第十二屆“挑戰(zhàn)杯”大學生課外學術(shù)科技作品競賽一等獎（附件3）。 溫州醫(yī)學院第十二屆“挑戰(zhàn)杯”大學生課外學術(shù)科技作品競賽公開答辯最佳表現(xiàn)獎（附件4）。
鑒定結(jié)果
- 無
參考文獻
- 相關(guān)技術(shù)：雙向電泳、生物質(zhì)譜、序列標簽鑒定、重組蛋白誘導表達、綠色熒光蛋白熒光檢測、基因的克隆與重組等技術(shù)。 [1]Aebersold R, Mann M. Mass spectrometry-based proteomics[J].Nature, 2003,422(6928):198. [2]Gorg A, et al. Very alkaline immobilized pH gradients for two dimensional electrophoresis of ribosomal and nuclear proteins[J]. Electro- phoresis. 1997, 18(3-4):328. [3]Cleveland DW, etal. Peptide mapping by lilmited proteolysis in sodium dodecyl sulfate and analysis by gel electrophoresis[J].J Biol Chem, 1977, 252:1102. [4]Ayachi S ,et al. Chlorophylls, proteins and fatty acids amounts of arthrospira platensis growing under saline conditions [J]. Pak J Biol Sci, 2007, 10: 2286. [5]Fisher M, Zamir A, Pick U. Iron uptake by the halo tolerant alga Dunaliella is mediated by a plasma membrane transferring [J]. J Biol Chem, 1998, 273 (28) : 17553. [6]Williams J G K. Construction of specific mutations in photo system II photosynthetic reaction center by genetic engineering method in Synechocystis 6803 [J]. Methods Enzymol, 1988, 167:766.
同類課題研究水平概述
- 近年來，各國學者對耐鹽的生理生化基礎(chǔ)進行了許多研究，主要涉及鹽脅迫下滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的合成、光合與代謝、鈣調(diào)蛋白、通道蛋白等方面所發(fā)生的變化。1983年 Singh等在含有NaCl 的培養(yǎng)基上生長的煙草細胞中首次發(fā)現(xiàn)一種特異蛋白的表達，其中以26KD蛋白積累最多。LaRose把該蛋白稱為調(diào)滲蛋白，隨后獲得該蛋白的cDNA克隆。只有滲透脅迫才能導致調(diào)滲蛋白的積累，在高鹽環(huán)境下, Na+ 的胞質(zhì)隔離進入液泡主要依賴液泡膜Na+/H+ 反向轉(zhuǎn)運蛋白以及液泡型H+-ATPase和H+ -PPase基因表達的上調(diào)或活性提高。Su等（2002）用NaCl 脅迫使冰草發(fā)現(xiàn)其根和葉片中的K+轉(zhuǎn)運體基因McHAK1和McHAK2的表達上調(diào)。 目前，耐鹽的分子生物學和植物耐鹽基因工程正在成為學術(shù)界研究熱點。分子生物學的技術(shù)進步已經(jīng)使基因的定位、分離、轉(zhuǎn)移成為現(xiàn)實。耐鹽性受到復(fù)雜的多基因控制，是一種典型的數(shù)量性狀，涉及生理生化多方面的因素?？偨Y(jié)國內(nèi)外諸多學者所做工作，可以發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)研究集中于耐NaCl鹽性，對耐碳酸鹽研究很少；利用生物措施改良鹽堿地是切實可行的辦法，但大量的基礎(chǔ)性工作有待深入；未來的一個重要研究領(lǐng)域是通過系統(tǒng)的分析耐鹽模式生物耐受脅迫的生理機制及分子機制從而揭示耐鹽機制，以及再發(fā)展為對極端耐鹽生物和干旱區(qū)植物相同的基因家族各成員間的表達模式和功能方面進行系統(tǒng)而深入的比較分析，有助于農(nóng)作物的分子育種。 綜上所述，開展耐鹽機理的研究不僅在理論上具有重要的意義，更具有其現(xiàn)實意義。我國耐鹽堿生物種質(zhì)資源豐富，但從事此方面研究的單位和研究人員仍太少，遠不能滿足生產(chǎn)對科技的迫切需求，而且這方面的研究容易獲具有自主知識產(chǎn)權(quán)的科研成果，確立在國際本領(lǐng)域的學術(shù)地位，值得引起足夠的重視。
