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恶劣的环境包括干旱、高盐、极端温度等会妨碍植物正常生长发育,造成农作物减产。发掘抗逆相关基因并解析其作用机制,对改良植物性状,尤其是农作物的抗逆特性和遗传育种具有重要意义。14-3-3,作为一类重要的接头蛋白,在调节植物生长发育以及对非生物逆境胁迫应答过程的报道越来越多,但在小麦(Triticum aestivum L.)和新型温带禾本科模式植物二穗短柄草(Brachypodium distachyon L.)中有关14-3-3功能研究还鲜有报道。本研究中,我们首先以模式小麦中国春为研究对象,对其14-3-3家族成员进行了鉴定和分析,并在此基础上选择了TaGF14b,对其抗逆功能进行进一步研究。随后我们对TaGF14b在二穗短柄草中的同源基因BdGF14a也进行了功能研究。主要研究结果如下:(1)在小麦基因组中鉴定获得了1条ε类和12条非ε类14-3-3家族成员。Ta14-3-3家族成员间具有高度同源性,表明小麦14-3-3家族在进化中比较保守。表达谱分析显示,小麦不同14-3-3s基因具有不同的非生物逆境和信号分子响应模式,表明Ta14-3-3s家族成员可能参与不同的非生物逆境胁迫和信号通路。(2)TaGF14b的转录表达分析:TaGF14b在小麦各组织器官中均有表达,TaGF14b基因响应H2O2、ABA以及PEG6000和氯化钠等胁迫处理,并且在根中的上调表达比叶中更明显。在PEG6000/氯化钠+DPI(H2O2清除剂)/弗啶酮(ABA合成抑制剂)处理下,TaGF14b的上调表达受到抑制,表明TaGF14b基因对干旱和盐胁迫的响应与ABA和H2O2信号途径有关。(3)异源表达TaGF14b提高转基因烟草对干旱和盐的耐受性:经过干旱和氯化钠处理,TaGF14b转基因株系的根比野生型对照植株更长,生长状态更好,相对水含量、存活率、光合速率和水分利用率也明显优于对照植株。进一步分析表明,TaGF14b通过增强ROS清除系统,缓解ROS毒害,减少了干旱和盐胁迫造成的细胞氧化损伤。此外,TaGF14b通过增强水分保持能力和增加渗透调节物质的积累,提高转基因材料对盐和干旱引发渗透胁迫的耐受性。TaGF14b加快ABA处理下转基因烟草气孔的关闭,非生物逆境处理下TaGF14b转基因烟草ABA含量显著高于对照,ABA合成关键基因及信号通路相关基因的表达上调;在ABA抑制剂氯化钠和甘露醇处理下,TaGF14b转基因株系主根伸长的表型和ROS-清除系统基因的上调表达趋势消失,说明ABA信号通路在TaGF14b增强转基因株系对非生物逆境胁迫的抗性方面发挥重要作用。以上结果表明,TaGF14b通过调节ABA信号途径依赖的一系列生理生化过程提高了植物对干旱和高盐的耐受性。(4)Bradi1g11290.1是TaGF14b在二穗短柄草中的一个同源基因,因其与Hv GF14a高达99%的相似性,我们将其命名为BdGF14a。氯化钠,H2O2和ABA处理均可使BdGF14a基因上调表达。(5)BdGF14a转基因烟草具有抗旱和抗盐表型。在干旱和高盐处理下,BdGF14a转基因烟草表现出更好的生长状态,更长的主根,更高的存活率。BdGF14a转基因烟草在干旱和盐处理下有更高的过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)的酶活力,羟自由基清除能力(D),总抗氧化能力(T-AOC),ROS-清除系统相关基因(Nt CAT,Nt SOD,Nt POX2,Nt GST,Nt APX,Nt RBOHF和Nt RBOHD)表达显著上调,H2O2、丙二醛(MDA)含量和离子渗漏显著低于对照。在甲基紫精处理下,BdGF14a转基因烟草的叶绿素含量也高于对照植株,表明BdGF14a可以通过提高抗氧化酶系统的活力,减少非生物逆境胁迫引起的氧化损伤,增强对干旱和盐胁迫的抗性。BdGF14a还通过调节渗透物质(脯氨酸和可溶性糖)的积累和离子转运相关基因的表达,维持胞内的离子平衡和膜系统的稳定性,增强对非生物逆境胁迫的耐受性。在ABA处理下,BdGF14a转基因株系的叶片气孔闭合加快,主根显著比对照株系短;并且在同时添加有ABA抑制剂(钨酸钠,Tu)的氯化钠或甘露醇处理下,BdGF14a转基因株系主根伸长的表型和胁迫相关基因的上调表达都受到抑制。非生物逆境处理下,ABA合成关键基因和ABA信号通路相关基因的表达上调。这些研究结果表明BdGF14a增强转基因烟草对干旱和盐胁迫的耐受性与ABA信号通路相关。