小麥抗逆相關(guān)基因TaABC1和TaSAP1-2的分離及功能分析.pdf

1、小麥?zhǔn)侨祟?lèi)的主要糧食作物,其生產(chǎn)水平受到干旱、鹽漬、冷害等非生物逆境的極大限制。發(fā)掘利用抗逆基因資源,培育抗逆高產(chǎn)新品種是應(yīng)對(duì)逆境脅迫,提高小麥生產(chǎn)最經(jīng)濟(jì)有效的途徑,而深入認(rèn)識(shí)小麥抗逆機(jī)理是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的重要基礎(chǔ)。為了揭示小麥抗逆的分子機(jī)制,發(fā)掘并利用優(yōu)異抗逆基因資源,本研究以強(qiáng)抗旱小麥品種旱選10號(hào)為試驗(yàn)材料,利用抑制性差減雜交建立的小麥幼苗應(yīng)答水分脅迫cDNA文庫(kù),分離到小麥ABC1蛋白激酶基因TaABC1和A20／AN1鋅指蛋白基

2、因TaSAP1與TaSAP2,研究其應(yīng)答逆境脅迫的表達(dá)特性,并通過(guò)轉(zhuǎn)化模式植物研究它們?cè)诳鼓孢^(guò)程中的作用,揭示其在植物適應(yīng)干旱等非生物脅迫性反應(yīng)中的功能及作用機(jī)理。主要研究結(jié)果如下:
　　 1.小麥ABC1蛋白激酶基因TaABC1是一個(gè)逆境脅迫應(yīng)答基因,在小麥苗期、拔節(jié)期的葉片和根系,以及孕穗期的幼穗中均能表達(dá),TaABC1定位于細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核。在干旱、冷、鹽和滲透劑脅迫條件下,過(guò)表達(dá)TaABC1的轉(zhuǎn)基因煙草和擬南芥植株

3、滲透調(diào)節(jié)能力和保水能力增強(qiáng),葉片持綠時(shí)間延長(zhǎng),細(xì)胞膜穩(wěn)定性、過(guò)氧化物穩(wěn)態(tài)和光系統(tǒng)Ⅱ的光化學(xué)效率提高。與對(duì)照相比,轉(zhuǎn)基因植株的抗逆性增強(qiáng)。實(shí)時(shí)定量PCR分析發(fā)現(xiàn),過(guò)量表達(dá)TaABC1的轉(zhuǎn)基因擬南芥植株中多種脅迫應(yīng)答基因上調(diào)表達(dá),如DREB1A、DREB2A、RD29A、ABF、KIN1、CBF1、LEA和P5CS,說(shuō)明該基因在植物應(yīng)答逆境的遺傳調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中可能具有重要作用。
　　 2.小麥A20／AN1鋅指蛋白基因TaSAP1和Ta

4、SAP2均具有高等植物A20／AN1鋅指蛋白基因重要特征基序,即N端的A20基序和C端的AN1基序。在小麥不同發(fā)育時(shí)期不同組織中TaSAP1和TaSAP2都有表達(dá),其中在苗期葉片中的表達(dá)量均最高,孕穗期幼穗中的表達(dá)量最低。TaSAP1和TaSAP2的表達(dá)分別受PEG、NaCl、ABA和冷脅迫的誘導(dǎo)。在PEG和NaCl脅迫條件下,TaSAP1與TaSAP2的誘導(dǎo)表達(dá)模式相似,但TaSAP1上調(diào)表達(dá)的強(qiáng)度高于TaSAP2。在ABA處理?xiàng)l件下

5、,TaSAP2的表達(dá)趨勢(shì)與TaSAP1相似,但未出現(xiàn)低于對(duì)照的表達(dá)時(shí)間段,兩個(gè)基因的上調(diào)表達(dá)幅度均較小。在冷脅迫條件下,TaSAP1呈現(xiàn)下調(diào)表達(dá),而TaSAP2的表達(dá)呈緩慢升高的上調(diào)表達(dá)趨勢(shì)。在擬南芥原生質(zhì)體中瞬時(shí)表達(dá)兩個(gè)基因,結(jié)果顯示TaSAP1和TaSAP2均定位于細(xì)胞質(zhì)。
　　 3.對(duì)轉(zhuǎn)基因擬南芥的分析顯示,在逆境脅迫條件下過(guò)表達(dá)TaSAP1的轉(zhuǎn)基因植株種子萌發(fā)率提高,幼苗根長(zhǎng)增加,滲透調(diào)節(jié)能力和細(xì)胞膜穩(wěn)定性增強(qiáng),葉片相對(duì)

6、含水量、持綠性、光化學(xué)效率及植株存活率提高,轉(zhuǎn)基因株系比對(duì)照具有更強(qiáng)的耐干旱、鹽和滲透劑脅迫能力。TaSAP2可有效改善擬南芥植株對(duì)干旱和冷脅迫的耐受性,表現(xiàn)為轉(zhuǎn)基因植株在逆境脅迫下的幼苗根長(zhǎng)增加,組織保水率、光化學(xué)效率及植株存活率提高。
　　 4.在轉(zhuǎn)TaSAP1與TaSAP2基因擬南芥中,植物逆境調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中的多種重要脅迫應(yīng)答基因上調(diào)表達(dá),例如DREB1B、DREB2A、RD29A、RD29B和ABF3,但ABF4、ICE1和

7、Cor15在逆境脅迫前后的轉(zhuǎn)基因和野生型株系中的表達(dá)無(wú)顯著變化,說(shuō)明TaSAP1與TaSAP2基因在植物應(yīng)答逆境的遺傳調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中有比較重要的作用。
　　 5.擬南芥A20／AN1鋅指蛋白基因AtSAP2(AT1G51200)與TaSAP1高度相似,其突變體(SAIL_1182_C11)比野生型和轉(zhuǎn)TaSAP1基因株系對(duì)干旱脅迫更敏感,在復(fù)水之后,植株的恢復(fù)程度較低。說(shuō)明敲除SAP基因增加了植株對(duì)干旱脅迫的敏感性,而過(guò)表達(dá)TaSA