小麦胁迫应答基因TaCHP和TaDSU的功能研究

发布时间：2016-11-24 14:11

  本文关键词：rd29A启动子的克隆及提高烟草抗逆性的研究，由笔耕文化传播整理发布。

《山东大学》 2014年

小麦胁迫应答基因TaCHP和TaDSU的功能研究

张红建  

【摘要】：盐旱等非生物胁迫条件,植物通过磷脂等众多信号通路组成的胁迫应答网络产生应答反应。动物中甘油二酯(DAG)是重要的磷脂分子之一,但植物中还没发现其靶信号蛋白,因而DAG在植物中的调控机制还不清楚。胁迫应答涉及到大量蛋白质的修饰化改变,其中SUMO化能够稳定蛋白质。SUMO化是动态可逆的过程,但是去SUMO化在胁迫应答中的功能研究较少。 小麦是重要的粮食作物,但它属于甜土植物,抗逆能力较差,愈发严重的盐旱逆境严重影响了作物产量,因而有必要挖掘抗逆相关基因、培育抗逆小麦品种。本实验室利用不对称体细胞杂交渐渗技术选育了小麦渐渗系耐盐抗旱新品种山融3号(SR3),它是亲本普通小麦济南177(JN177)的近等基因系,是挖掘抗逆相关基因的优良材料。本实验室前期鉴定了一个可能参与磷脂通路的小麦耐盐相关基因TaCHP.本实验室一方面分析了TaCHP与磷脂通路的相关性,另一方面克隆了一个催化蛋白质去SUMO化的SUMO蛋白酶基因TaDSU,初步分析了它在植物抗逆中的作用和生理基础。 1.小麦耐盐基因TaCHP与磷脂通路的相关系分析 TaCHP含有三个能与DAG特异性结合的C1结构域,具有转录激活活性,定位于细胞膜、细胞质和细胞核,与动物中DAG结合蛋白蛋白激酶D相似,因此推测TaCHP可能是DAG结合蛋白,通过调控磷脂途径提高耐盐能力。 本论文发现,与野生型相比,TaCHP过表达系中催化DAG合成的PLC和NPC及催化DAG转化为PA的DGK基因家族部分成员的转录水平在正常条件下及NaCl、H2O2或ABA处理后发生显著变化,而且各条件下发生变化的基因也不一样。这一结果表明TaCHP使磷脂信号通路活性发生了改变。洋葱表皮瞬时表达实验显示,利用PLC抑制抑制DAG合成时,TaCHP在细胞膜中分布增强,暗示TaCHP可能通过结合DAG被招募到细胞膜上。但是Fat western blot分析显示,TaCHP在体外不能与16碳DAG结合,推测TaCHP结合DAG存在特异性,可能结合某些其他长度碳链DAG。 TaCHP不影响16碳DAG和16碳PA对植株生长的影响。利用PLC抑制剂抑制DAG合成时,植株生长受阻,而TaCHP过表达株系受阻程度较小；利用DGK抑制剂抑制DAG转化为PA时,植株侧根发育被抑制,而TaCHP过表达能延缓这种效应。但是利用PLD抑制剂抑制PA合成时,野生型和TaCHP过表达株系的变化相同,两者间无明显差异。这一结果显示,TaCHP能特异性参与DAG合成和代谢受阻对生长发育的影响。 外源16碳DAG或16碳PA存在时,TaCHP过表达系植株对NaCl的耐受性提高,主根比野生型长。但是PLC抑制剂处理及其与DAG共处理后,野生型和TaCHP过表达系对NaCl的耐受性无显著差异。同样,DGK抑制剂处理及其与DAG共处理后,TaCHP过表达系对NaC1的耐受性也与野生型相似。这些结果显示,DAG可能通过转化为PA提高TaCHP的耐盐性。2.小麦去SUMO化蛋白酶基因TaDSU的功能分析 通过基因芯片筛选,发现一个注释为ULP的非生物胁迫应答型探针,据此克隆了一个小麦去SUMO蛋白酶基因TaDSU。NaCl、甘露醇和ABA处理后,TaDSU表达发生了显著变化,而且其变化模式在SR3和JN177间存在差异。TaDSU与小麦A基因组祖先种乌拉尔图小麦中一个同源基因的一致性最高,表明它来源于乌拉尔图小麦。TaDSU可能定位于5AL上,而5AL上包含SR3耐盐主效QTL。 为了验证TaDSU的生理功能,我们构建了TaDSU过表达株系。结果发现,TaDSU过表达不影响拟南芥的生长发育,但增强了拟南芥的耐盐、抗渗透胁迫和抗旱能力,而减低对ABA的敏感性。TaDSU过表达降低了非生物胁迫应答通路相关基因的表达,而提高了NaCl胁迫下的K+含量和K+/Na+比。与野生型相比,TaDSU过表达株系在正常条件下ROS含量降低,而干旱条件下ROS含量提高。结果初步表明,TaDSU通过调控离子平衡和氧化还原平衡提高抗逆能力。

【关键词】：
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：S512.1
【目录】：

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  本文关键词：rd29A启动子的克隆及提高烟草抗逆性的研究，由笔耕文化传播整理发布。

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