小麥轉(zhuǎn)錄因子基因TaLBD和小分子RNA TaMIR1133分子特征和耐逆功能研究.pdf

1、植物在生長發(fā)育過程形成了適應(yīng)各種不利外界環(huán)境的生理機制，減輕環(huán)境逆境對自身的傷害。轉(zhuǎn)錄因子和miRNAs是介導(dǎo)植物抵御非生物環(huán)境的重要調(diào)控因子。本研究以對低磷逆境呈明顯應(yīng)答的1個LBD型轉(zhuǎn)錄因子基因Ta-LBD和對干旱及鹽分產(chǎn)生明顯應(yīng)答的小麥microRNA家族成員TaMIR113為研究對象，對上述成員的分子特征和介導(dǎo)植株抵御非生物逆境的生物學功能進行了研究。主要結(jié)果如下:
　　1.對不同氮效率小麥品種不同氮處理下的植株性狀、生物

2、產(chǎn)量和氮效率性狀研究表明，不同氮效率品種在不同供氮水平下生物量、產(chǎn)量和氮效率存在顯著的基因差異。吸收高效品種在低氮脅迫下植株具有明顯增強的氮素吸收數(shù)量、植株性狀、生物產(chǎn)量和產(chǎn)量形成能力;氮素利用高效品種的耐低氮能力較強與其在氮脅迫條件下氮同化酶活性較高提高植株體內(nèi)的氮素轉(zhuǎn)運效率有關(guān)。光合速率和根系生長性狀及硝酸還原酶活性、亞硝酸還原酶活性和谷氨酰胺合成酶活性可以作為低氮脅迫下小麥氮效率的評價指標。
　　2.在低氮處理的小麥根系基因

3、芯片中，鑒定了1個低磷逆境產(chǎn)生明顯應(yīng)答的轉(zhuǎn)錄因子LBD基因TaLBD，通過BLAST序列同源查找獲得其cDNA序列。該基因cDNA全長為1267 bp，開放閱讀框912 bp，編碼303個氨基酸，分子量33.09kD，等電點(pI)5.61。編碼蛋白中含有一個鋅指基序(CX2CX6CX3C)、1個保守的甘氨酸殘基和1個亮氨酸拉鏈類似基序的LOB結(jié)構(gòu)域。在核菅酸水平上，TaLBD與大麥和水稻中同源基因具有高度一致性。
　　3.表達分

4、析表明，TaLBD基因?qū)Φ土住⒌偷a(chǎn)生明顯應(yīng)答。對遺傳轉(zhuǎn)化該基因的耐逆功能研究表明，在低磷和低氮條件下，與野生型植株相比，超表達TaLBD的轉(zhuǎn)基因煙草株系，植株長勢顯著增強，單株干鮮重、葉面積和根量顯著增加。表明TaLBD通過調(diào)控植株根系發(fā)育，改善植株的養(yǎng)分狀況，在介導(dǎo)植株抵御低磷和低氮養(yǎng)分逆境中發(fā)揮重要作用。
　　4.對遺傳轉(zhuǎn)化TaLBD轉(zhuǎn)基因植株低磷和低氮脅迫下的細胞保護酶基因的表達進行了研究。結(jié)果表明，在低氮脅迫下，POD

5、1;1、POD1;3、POD1;6表達增強，POD1;2，表達量降低。在低磷脅迫下，SOD1和MnSOD1，POD1;1、POD1;5、POD1;6，CAT1和CAT1;3表達增強，CAT1;3表達量降低。特定磷轉(zhuǎn)運蛋向和硝酸轉(zhuǎn)運蛋向基因在遺傳轉(zhuǎn)化TaLBD的植株中表達也發(fā)生改變。表明TaLBD基因通過調(diào)控硝酸轉(zhuǎn)運蛋白基岡、磷酸轉(zhuǎn)運蛋白基因及部分細胞保護酶基因的轉(zhuǎn)錄參與植株對氮磷脅迫的抵御過程。
　　5.對小麥小分子家族成員TaM

6、IR113介導(dǎo)植株抵御干旱和鹽分逆境的生物學功能進行了鑒定。結(jié)果表明，與野生型植株相比，超表達miR1133的轉(zhuǎn)基因煙草株系，在鹽分和干旱逆境下，植株長勢增強，單株干鮮重、葉面積增加，根系生長得到改善。表明TaMIR113通過調(diào)控靶基因轉(zhuǎn)錄或翻譯，具有介導(dǎo)植株增強對滲透調(diào)節(jié)的抵御能力。
　　6.對細胞保護酶SOD、CAT和POD基因在超標達TaMIR1133的株系中表達特征進行了研究。結(jié)果表明，部分上述基因中的表達發(fā)生改變，表明m

7、iR1133通過調(diào)控特定細胞保護酶基因轉(zhuǎn)錄參與植株對滲透脅迫逆境的調(diào)控。
　　綜上所述，在低磷和低氮條件下，TaLBD介導(dǎo)植株抵御低磷和低氮養(yǎng)分逆境能力的增強，與其調(diào)控植株根系發(fā)育進而改善植株的養(yǎng)分吸收有關(guān)，在轉(zhuǎn)錄水平上，TaLBD對部分細胞保護酶基因產(chǎn)生調(diào)控，參與植株逆境下細胞內(nèi)活性氧內(nèi)穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)。超表達小麥小分子RNA TaMIR1133的轉(zhuǎn)基因煙草植株，通過對鹽分和干旱逆境下植株體內(nèi)特定細胞保護酶基因的表達的調(diào)控，介導(dǎo)植株對