冬小麦TaPRK响应低温胁迫的生理分子机制

发布时间：2020-06-09 16:29

【摘要】：黑龙江高寒地区受大陆季风性气候控制,低温胁迫是限制该地区种植冬小麦的主要因素。冬小麦(Triticum aestivum L.)东农冬麦1号(Dn1)是首例能在黑龙江高寒地区安全越冬的冬麦品种(返青率≥85%),是抗寒研究的珍贵材料;弱抗寒冬小麦品种济麦22(J22)在黑龙江地区返青率2%,对上述冬小麦品种开展抗寒机制研究对于丰富作物抗寒理论、推动黑龙江高寒地区农业生产具有重要的理论和现实意义。脱落酸(ABA)、水杨酸(SA)和茉莉酸(JA)作为重要的激素信号调节分子,在植物调节非生物胁迫过程中具有关键的作用。本实验以Dn1和J22为原材料,挑选与抗逆相关的4个碳同化酶基因(TaRbcL、TaRCA、TaRbcS和TaPRK),探讨其在大田自然降温(5℃、0℃、-10℃、-25℃)条件下的转录水平表达,及ABA、SA和JA对其诱导表达调控。对TaPRK进行生物信息学预测分析和表达模式分析,TaPRK植物表达载体的构建及其遗传转化,进而补充碳同化基因调控冬小麦抗寒的机制。研究结果如下:(1)Dn1和J22叶片中Rubisco活性随温度的降低先上升后下降,在0℃达到峰值。Dn1中Rubisco的活性显著高于J22。RT-PCR结果显示,Dn1和J22小麦叶片中TaRbcL和TaPRK的相对表达量随温度下降呈先下降后上升的变化,在-10℃达到峰值;TaRbcS和TaRCA的相对表达量在较低温度下降。但低温胁迫下exo-ABA显著提高了冬小麦的Rubisco活性以及TaRbcL、TaRCA、TaRbcS和TaPRK的mRNA水平表达,其中TaPRK最为显著。(2)TaPRK生物信息学分析:TaPRK基因全长1215bp开放阅读框,编码404个氨基酸。表达产物为稳定的亲水蛋白,属于尿苷激酶家族,定位于叶绿体。同源氨基酸蛋白多序列比对表明TaPRK蛋白含有与ATP结合的保守区域;系统发育分析表明:TaPRK与单子叶禾本科植物的PRK聚类关系较近,其中小麦与节节麦聚到了一组,亲缘关系最近。(3)TaPRK表达模式分析:越冬期间Dn1分蘖节中TaPRK的相对表达量显著高于J22,Dn1叶片中TaPRK的相对表达量在-10和-25℃高于J22,而在0℃时低于J22;外源SA和MeJA处理下,Dn1分蘖节中TaPRK的相对表达量呈现先升后降的趋势,且均在-10℃时达到峰值。外源SA处理Dn1叶片中TaPRK的相对表达量呈现“降-升-降”的变化规律,在-10℃显著高于对照;外源MeJA处理Dn1叶片中TaPRK的相对表达量在0℃和-25℃高于对照,且在0℃达到峰值。(4)TaPRK植物表达载体的构建及其遗传转化:克隆获得Dn1的TaPRK基因,长度1215bp,成功构建了TaPRK的过表达载体pCMBIA2300u-TaPRK,得到5株阳性过表达转TaPRK植株,对生长到4周左右的幼苗植株进行低温处理,生理指标检测结果表明:在0和-10℃时,TaPRK超表达植株ox-TaPRK-1和ox-TaPRK-2中叶绿素含量高于WT型及prk植株,在-10℃时,TaPRK超表达植株ox-TaPRK-1和ox-TaPRK-2中MDA含量和相对电导率低于WT型及prk植株。
【图文】：

；1-4：RNAer; 1-4：RNA图 3-1 RNA 琼脂糖凝胶电泳 The resultion agrose gel electrophoresis 异性检测化关键酶基因（TaRbcL、TaRCA、TaR测，结果如图 3-2，PCR 产物为单一条验。

RNA 质量良好无降解，可用于后续实验。准 2000；1-4：RNAA Marker; 1-4：RNA图 3-1 RNA 琼脂糖凝胶电泳ig. 3-1 The resultion agrose gel electrophoresis of RNA引物特异性检测个碳同化关键酶基因（TaRbcL、TaRCA、TaRbcS 和电泳检测，，结果如图 3-2，PCR 产物为单一条带，无续的实验。
【学位授予单位】：东北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S512.11

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本文编号：2704951