小麦TaGLU-2和TaPLD-2基因的克隆及与耐盐性的关系

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盐胁迫严重制约着粮食的产量,筛选耐盐新基因培育耐盐新品种对提高粮食产量,保障我国粮食安全有着重要的意义。本研究基于青麦6号盐胁迫转录组数据,筛选到4个耐盐相关候选基因,并对其进行克隆、生物信息学及序列多态性分析,挖掘到3个与小麦耐盐相关的SNP位点。主要结果如下:
  1.分析青麦6号盐胁迫转录组数据,共有6522个差异表达基因,分布于21条染色体上。其中,位于3B染色体上的差异表达基因数量最多,为455个,约占总差异表达基因数量的6.97%;位于6B染色体上的差异表达基因数量最少,为180个,约占总差异表达基因数量的2.76%。根据响应盐胁迫表达量差异,共筛选出4个在盐胁迫下显著上调的基因,分别为:编码糖载体转运蛋白的基因TaGLU-2,编码磷脂酶的基因TaPLD-2,编码醛糖还原酶相关蛋白的基因TaARL-1,编码胚胎发育后期蛋白的基因TaLEA-2。
  2.通过生物信息学预测,TaARL-1的全长编码框为2151bp,位于1BL染色体上,编码的蛋白定位于细胞质膜,为亲水蛋白,无任何跨膜区域,属于植物糖转运蛋白亚家族;TaGLU-2的全长编码框为990bp,位于2AS染色体上,编码的蛋白定位于细胞质,为亲水蛋白,有两个跨膜区域,属于磷脂酶家族;TaPLD-2的全长编码框为1301bp,位于2DS染色体上,编码的蛋白定位于细胞质,为亲水蛋白,无跨膜区域,属于可溶性NAD(P)(H)氧化还原酶的超家族;TaLEA-2的全长编码框为417bp,位于1DL染色体上,编码的蛋白定位于细胞液,没有跨膜结构域,属于胚胎发育后期蛋白家族成员。
  3.对4个耐盐候选基因响应盐胁迫表达模式进行了研究,结果显示,TaARL-1在盐胁迫处理24h后表达量为对照组的4.7倍,并在72h达到最高水平,为对照组的8倍;TaGLU-2基因在胁迫24h后表达量为对照组的2倍,并且随胁迫时间延长基本保持相同表达水平;TaPLD-2的表达量在胁迫24h为对照组的1.8倍,48h达到最高,为对照组5倍;TaLEA-2基因在盐胁迫处理24h后为对照组的3.8倍,并随着时间上升而升高,在72h达到最高水平,为对照组的8.1倍。
  4.对22份小麦品种的耐盐性进行了鉴定,根据综合耐盐系数,可以划分为耐盐品种和中等耐盐品种。进一步对4个耐盐候选基因在22份小麦品种中的多态性进行了分析,鉴定到3个SNP位点:TaGLU-2-SNP1、TaGLU-2-SNP2和TaPLD-2-SNP3。SNP位点与盐处理后植株的相对根长、相对株高、相对干重及K+、Na+含量的相关性分析结果显示,SNP位点与相对根长、相对株高及K+、Na+含量都存在一定程度的相关性,表明TaGLU-2基因和TaPLD-2基因对小麦耐盐性发挥着一定的作用。本研究可为小麦耐盐遗传改良提供新的耐盐候选基因及理论支撑。
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