小麥類鈣調磷酸酶B亞基蛋白TaCBL4和TaCBL3的功能研究.pdf_第1頁
已閱讀1頁,還剩107頁未讀 繼續(xù)免費閱讀

下載本文檔

版權說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內容提供方,若內容存在侵權,請進行舉報或認領

文檔簡介

1、非生物逆境是作物產量的主要制約因素?,F代分子生物學手段現已廣泛應用于育種研究,并獲得不少具有優(yōu)良耐逆能力的作物新品種。類鈣調磷酸酶B亞基蛋白(calcineurin B-like proteins,CBL)是一類重要的鈣信號受體蛋白,在非生物脅迫應答反應中具有重要作用,主要通過與CBL相互作用蛋白激酶(CBL-interacting protein kinases,CIPK)相互作用將信號向下游傳遞。擬南芥中CBL和CIPK家族成員在耐

2、逆中的作用已有較深入的研究,其中AtSOS3(CBL4)和AtCIPK24(SOS2)是SOS途徑的兩個關鍵組分,在植物鹽脅迫應答中發(fā)揮重要作用。但是小麥中CBL和CIPK家族成員功能以及是否存在SOS途徑還不清楚,SOS途徑在植物中是否具有保守性和通用性還未見報道。
   本研究基于以上科學問題,利用生物信息學方法系統(tǒng)分析了小麥CBL和CIPK基因家族,從本室培育的小麥漸滲系耐鹽品種山融3號(SR3)中克隆了一系列TaCBLs

3、和TaCIPKs基因,并初步驗證了TaCBL4、TaCBL3在非生物脅迫應答中的功能。
   一、小麥CBL和CIPK的生物信息學分析和新基因克隆
   通過生物信息學分析,電子克隆了14個小麥CBL家族成員和34個小麥CIPK家族成員。多序列比對及進化樹分析顯示,這些TaCBLs在大小和結構上非常保守,其中5個具有豆蔻?;稽c,2個具有跨膜疏水區(qū),暗示這7個TaCBLs在抗逆中發(fā)揮重要作用。TaCIPKs間序列差異比較

4、大,但結構十分保守。SR3中TaCIPKs間也存在差異,這可能與基因倍增過程相關。進化樹分析顯示,小麥中TaCBLs和TaCIPKs都存在許多旁系同源基因,并且它們與水稻中同源基因的相似性高于擬南芥。
   將這些電子克隆的TaCIPK基因與實驗室定制的小麥cDNA芯片探針進行比對,以分析它們的鹽脅迫應答特征。結果發(fā)現,8個TaCIPKs在芯片中有特異性匹配探針,其中4個為鹽誘導表達基因,4個鹽下調表達基因;另外,芯片中有3個探

5、針分別對應多個TaCIPK序列,而且這3個探針在鹽脅迫24 h后表達量都顯著提高。這些鹽脅迫應答的TaCIPKs可能都參與植物的鹽脅迫應答反應,其功能需要進一步研究。
   根據電子克隆序列,從SR3中克隆3個TaCBL和9個TaCIPK新基因,按照與擬南芥 CBLs的同源性,分別命名為 TaCBL1/3/4和TaCIPK2/8/11/15/17/19/30/32/34。TaCIPKs中,TaCIPK8、TaCIPK15在鹽脅迫

6、下上調表達,TaCIPK11下調表達,其他基因的應答模式有待進一步驗證,為耐鹽候選基因的鑒定及TaCBL互作蛋白的篩選奠定了基礎。
   二、小麥TaCBL4和TaCBL3功能分析
   1、 TaCBL4結構與可能作用分析
   TaCBL4有7個內含子,其編碼產物定位于細胞膜,與擬南芥同源基因AtSOS3(CBL4)相似,是AtSOS3同源基因。TaCBL4在小麥的根、葉、莖、幼穗、麥芒、幼胚、旗葉等組織中均

7、能表達,NaCl脅迫下其表達量明顯增加,表明TaCBL4在小麥生長發(fā)育和鹽脅迫應答過程中均發(fā)揮重要作用。
   為了驗證TaCBL4的生物學功能及其與AtSOS3的異同,將其在擬南芥Col-0野生型和sos3突變體中異源表達,觀察表型變化,并用AtSOS3在擬南芥中的過表達系作為對照。TaCBL4過表達不影響擬南芥的營養(yǎng)和生殖生長。在1/2 MS培養(yǎng)基中,Col-0(WT)、TaCBL4過表達野生型系(OE)、TaCBL4過表達

8、sos3(sOE)幼苗根長和地上部分無顯著性差異。NaCl脅迫下,與WT相比,sos3幼苗的主根更短、地上部分漂白程度高,與朱建康實驗室結果一致;而OE系和sOE系幼苗根與WT沒有顯著差別,但是葉片顯著變小。這顯示,TaCBL4能夠恢復sos3根的表型,但首次發(fā)現OE系和sOE系在脅迫下抑制葉生長。LiCl脅迫下,與WT相比,sos3幼苗的主根明顯變短、地上部分變小,而OE系、sOE系及AtSOS3過表達系幼苗正好相反,主根更長、地上部

9、分更大,首次表明TaCBL4和AtSOS3過表達可以提高幼苗期鋰離子脅迫抗性。在ABA處理和滲透脅迫下,不同株系無明顯差異,表明TaCBL4是一個離子特異性響應基因。
   相比植株發(fā)育,鹽脅迫對種子萌發(fā)的影響更大。為了分析TaCBL4在這一階段是否發(fā)揮重要作用,我們以綠色子葉張開率為標準,比較了不同株系在鈉、鋰離子脅迫下的萌發(fā)率差異。NaCl脅迫下,sos3不萌發(fā),WT萌發(fā)率降低,而OE系和sOE萌發(fā)率受影響少,萌發(fā)率明顯比W

10、T高。LiCl處理下,WT和sos3的萌發(fā)率降低,其中sos3降低更明顯,而OE系和sOE萌發(fā)率無顯著變化。
   高鹽土壤一般堿性較高,我們發(fā)現與WT相比,OE系在鹽堿條件下的萌發(fā)率明顯提高。
   以上結果顯示,TaCBL4和AtSOS3一樣,也是鈉、鋰離子特異性響應基因,并且TaCBL4和AtSOS3在鹽脅迫應答中發(fā)揮相似的功能,表明小麥中也存在SOS系統(tǒng),而且不同植物間SOS系統(tǒng)存在保守性和通用性。本實驗發(fā)現,T

11、aCBL4在小麥抗鈉離子育種中應該有針對性地設計在種子萌發(fā)階段特異性表達,而在抗鋰離子育種中則不受此限制。
   有趣的是,低鉀條件下,與Col-0相比,OE系和sOE系幼苗的地上部分明顯變小,而AtSOS3過表達系則無顯著變化,推測TaCBL4可能還調控鉀離子通道的活性。這一結果表明,TaCBL4在鹽脅迫應答中的作用與鉀相關,幼苗階段TaCBL4降低對Na+的耐性是由于負調控K+的轉運引起的,顯示了不同物種間SOS系統(tǒng)的特異性

12、。
   為了進一步認識TaCBL4的作用機制及其與AtSOS3功能的異同,我們利用酵母雙雜交方法分離擬南芥中與TaCBL4相互作用的CIPK蛋白。結果發(fā)現,TaCBL4能與AtCIPK5/10/11/15/18/21/24這7個CIPKs互作,其中AtCIPK15/24為AtSOS3互作蛋白,而AtCIPK6/7不與TaCBL4互作。推測TaCBL4通過與AtCIPK11相互作用而抑制了后者活性,提高了植株的抗鹽堿性,通過At

13、CIPK24(SOS2)互作而激活SOS通路促進Na+外排。TaCBL4和AtSOS3互作CIPKs種類存在相似性和特異性,而且TaCBL4和AtSOS3對與其共同互作的CIPKs的調控也可能存在差異性,那么這種特異性和差異性是否與TaCBL4過表達導致的低鉀敏感型相關,需要進一步研究。
   2、 TaCBL3功能的初步分析
   TaCBL3與水稻OsCBL6及擬南芥AtCBL2、AtCBL6相似性較高,其編碼蛋白定

14、位于液泡膜。離子和滲透脅迫下,TaCBL3過表達擬南芥株系與Col-0無明顯差異。缺鉀誘導TaCBL3的表達,而且缺鉀條件下,與Col-0相比,TaCBL3過表達株系黃化更嚴重,植株生長抑制程度更顯著。這表明,TaCB(L)3可能是鉀離子通道的抑制因子,為植物離子轉運機制研究提供了新的基因資源。
   總之,本論文通過生物信息學和分子生物學方法,系統(tǒng)分析了小麥CBL和CIPK家族成員的序列和表達特征,通過CBL4的功能分析明確了

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網頁內容里面會有圖紙預覽,若沒有圖紙預覽就沒有圖紙。
  • 4. 未經權益所有人同意不得將文件中的內容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 眾賞文庫僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內容的表現方式做保護處理,對用戶上傳分享的文檔內容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內容負責。
  • 6. 下載文件中如有侵權或不適當內容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準確性、安全性和完整性, 同時也不承擔用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

評論

0/150

提交評論