论文摘要
小麦是人类的主要粮食作物,其生产水平受到干旱、盐渍、冷害等非生物逆境的极大限制。发掘利用抗逆基因资源,培育抗逆高产新品种是应对逆境胁迫,提高小麦生产最经济有效的途径,而深入认识小麦抗逆机理是实现这一目标的重要基础。为了揭示小麦抗逆的分子机制,发掘并利用优异抗逆基因资源,本研究以强抗旱小麦品种旱选10号为试验材料,利用抑制性差减杂交建立的小麦幼苗应答水分胁迫cDNA文库,分离到小麦ABC1蛋白激酶基因TaABC1和A20/AN1锌指蛋白基因TaSAP1与TaSAP2,研究其应答逆境胁迫的表达特性,并通过转化模式植物研究它们在抗逆过程中的作用,揭示其在植物适应干旱等非生物胁迫性反应中的功能及作用机理。主要研究结果如下:1.小麦ABC1蛋白激酶基因TaABC1是一个逆境胁迫应答基因,在小麦苗期、拔节期的叶片和根系,以及孕穗期的幼穗中均能表达,TaABC1定位于细胞膜、细胞质和细胞核。在干旱、冷、盐和渗透剂胁迫条件下,过表达TaABC1的转基因烟草和拟南芥植株渗透调节能力和保水能力增强,叶片持绿时间延长,细胞膜稳定性、过氧化物稳态和光系统II的光化学效率提高。与对照相比,转基因植株的抗逆性增强。实时定量PCR分析发现,过量表达TaABC1的转基因拟南芥植株中多种胁迫应答基因上调表达,如DREB1A、DREB2A、RD29A、ABF、KIN1、CBF1、LEA和P5CS,说明该基因在植物应答逆境的遗传调控网络中可能具有重要作用。2.小麦A20/AN1锌指蛋白基因TaSAP1和TaSAP2均具有高等植物A20/AN1锌指蛋白基因重要特征基序,即N端的A20基序和C端的AN1基序。在小麦不同发育时期不同组织中TaSAP1和TaSAP2都有表达,其中在苗期叶片中的表达量均最高,孕穗期幼穗中的表达量最低。TaSAP1和TaSAP2的表达分别受PEG、NaCl、ABA和冷胁迫的诱导。在PEG和NaCl胁迫条件下,TaSAP1与TaSAP2的诱导表达模式相似,但TaSAP1上调表达的强度高于TaSAP2。在ABA处理条件下,TaSAP2的表达趋势与TaSAP1相似,但未出现低于对照的表达时间段,两个基因的上调表达幅度均较小。在冷胁迫条件下,TaSAP1呈现下调表达,而TaSAP2的表达呈缓慢升高的上调表达趋势。在拟南芥原生质体中瞬时表达两个基因,结果显示TaSAP1和TaSAP2均定位于细胞质。3.对转基因拟南芥的分析显示,在逆境胁迫条件下过表达TaSAP1的转基因植株种子萌发率提高,幼苗根长增加,渗透调节能力和细胞膜稳定性增强,叶片相对含水量、持绿性、光化学效率及植株存活率提高,转基因株系比对照具有更强的耐干旱、盐和渗透剂胁迫能力。TaSAP2可有效改善拟南芥植株对干旱和冷胁迫的耐受性,表现为转基因植株在逆境胁迫下的幼苗根长增加,组织保水率、光化学效率及植株存活率提高。4.在转TaSAP1与TaSAP2基因拟南芥中,植物逆境调控网络中的多种重要胁迫应答基因上调表达,例如DREB1B、DREB2A、RD29A、RD29B和ABF3,但ABF4、ICE1和Cor15在逆境胁迫前后的转基因和野生型株系中的表达无显著变化,说明TaSAP1与TaSAP2基因在植物应答逆境的遗传调控网络中有比较重要的作用。5.拟南芥A20/AN1锌指蛋白基因AtSAP2（AT1G51200）与TaSAP1高度相似,其突变体（SAIL1182C11）比野生型和转TaSAP1基因株系对干旱胁迫更敏感,在复水之后,植株的恢复程度较低。说明敲除SAP基因增加了植株对干旱胁迫的敏感性,而过表达TaSAP1能够增强植株的耐旱性。综合以上结果,小麦应答逆境胁迫的调节类基因TaABC1、TaSAP1和TaSAP2能够增强转基因拟南芥对干旱、高盐和冷害等逆境胁迫的耐受性。转基因拟南芥植株中多种胁迫应答基因上调表达,说明这3个基因在植物应答逆境的遗传调控网络中可能具有比较重要的作用。