小麦激酶基因TaCDPK1A与转录因子基因TabHLH1分子特征及耐逆功能研究

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植物在生长发育过程中,常常受到干旱、盐分等非生物胁迫的影响。植物在面对那些不利于生长的信号因子时,会通过自我感知信号并在细胞间或细胞内传递、放大信号,进行一系列的级联传导,调控细胞分裂、细胞伸长、气孔运动、各种胁迫反应以及生长发育等过程,并因此使植物对逆境产生应答和抵御。  本研究分析了两个小麦应答非生物胁迫基因的分子特征及抵御逆境的功能,包括一个CDPK激酶家族基因TaCDPK1A(DQ333375.1)和一个bHLH转录因子家族基因TabHLH1(TC307165)。主要研究结果如下:  1、对TaCDPK1A进行生物信息学分析,可知其总的亲水性平均系数(GRAVY)为-0.398,预测该蛋白属于疏水性蛋白;带正电氨基酸62,带负电氨基酸75,推测此蛋白质带负电;化学式C2621H4131N715O801S30,分子量56.31kD;该蛋白质等电点为5.48,低于7.0,为酸性蛋白;TaCDPK1A基因编码的蛋白质不稳定,没有跨膜结构域,预测结果显示该蛋白可能是一个与细胞信号转导有关的膜上受体蛋白。  2、利用Megalin及DNAman软件分析表明,TaCDPK1A与大麦(AK367940)、谷子(XM_012843970)、玉米(XM_012843970)等不同种属的的CDPK基因在核苷酸水平和氨基酸水平上具有高度一致性,说明TaCDPK1A可能与上述基因具有相似的进化途径。  3、基因表达分析表明,TaCDPK1A在低磷、低钙胁迫下表达量明显升高。采用DNA重组和植物遗传转化技术,成功建立了转该基因的烟草和小麦株系。  4、采用琼脂培养法、水培法、砂培法等方法培养超表达TaCDPK1A的烟草植株,进行表型观察和生理指标测定。结果表明,在低磷、低钙处理下,转基因植株叶面积和侧根数目均优于野生型植株;细胞保护酶活性、干物质累积量与叶绿素含量高于野生型植株。说明TaCDPK1A在植物抵御低磷、低钙胁迫中发挥着重要作用。  5、超表达TabHLH1植株表型与生理指标测定结果表明,在干旱、盐分胁迫下,转基因系植株的根长、侧根数目和叶面积均优于野生型植株;转基因植株的细胞保护酶活性和胁迫相关渗透物质含量均高于野生型植株;失水率转基因系明显低于野生型。表明TabHLH1有增强植物抵御干旱逆境的功能。  6、对超表达TabHLH1植株调节气孔相关ABA受体蛋白基因及下游SnRK基因的表达特征进行了分析研究。结果表明,在PEG、NaCl及ABA处理下,ABA受体蛋白基因NtPYL9和NtPYR12在转基因系中具有更高的表达量;SnRK基因NtSPK2;1在转基因系中同样具有更高的表达量。说明TabHLH1可能通过ABA信号转导途径调节气孔闭合进而介导植株应答渗透胁迫。
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