小麦TaVTE3和TaRKL1基因的生物学功能研究

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生育酚作为植物体内重要的脂溶性氧化还原缓冲物质,近些年来被广泛研究。Ta VTE3作为合成生育酚活性最高的α-生育酚中的关键酶,其在小麦中的生物学功能未见报道。为此,以普通小麦品种小偃101为供试品种,采用大麦条斑花叶病毒诱导基因沉默系统(BSMV-VIGS)研究了Ta VTE3上的一个等位变异株系中Ta VTE3的生物学功能。结果表明,与BSMV:γ00(对照)相比,BSMV:Ta VTE3植株:(1)CO2同化速率、气孔导度、蒸腾速率和水分利用率显著降低;(2)小麦的最大光化学效率和光合性能指数降低,而热耗散增加;(3)非光化学淬灭升高,电子传递速率降低;(4)经强光处理后,对光氧化更敏感;(5)D1和Rubisco蛋白表达量明显降低;(6)叶绿素和类胡萝卜素的含量显著降低;(7)还原性抗坏血酸含量显著降低,抗坏血酸过氧化物酶活性降低,总抗氧化能力降低;(8)最大根长变短。此外,与普通品种“C”相比,变异品种“T”中观察到相似的结果,且(1)Ta VTE3基因在叶片中高表达;(2)PQ含量无显著差异;(3)最大根长和总根量减小,根变细;(4)株高降低、穗变短,小麦亩穗数、千粒重有所降低;(5)小麦粒宽降低,籽粒更为细长;(6)小麦减产7.35%(赵县)-12.02%(北京)。因此,Ta VTE3基因影响小麦的光合能力和植株的抗氧化能力,Ta VTE3基因可能还影响根发育,导致产量降低。类受体激酶在植物生长发育调控和对环境刺激的响应中起着重要作用。在小麦中一种编码类受体胞质激酶Ta RKL1的功能未被报道过。为此,以普通小麦品种小偃101为供试品种,采用大麦条斑花叶病毒诱导基因沉默系统(BSMV-VIGS)研究了Ta RKL1在小麦的生物学功能。结果表明,BSMV:Ta RKL1植株比BSMV:γ00植物(对照):(1)CO2同化速率、气孔导度、蒸腾速率和显著降低;(2)小麦的最大光化学效率和电子传递速率降低,而热耗散增加;(3)叶绿素和类胡萝卜素的含量明显低于对照;(4)过氧化氢含量明显升高,抗坏血酸过氧化物酶活性降低;(5)与抑制光合作用一致BSMV:Ta RKL1植株Ta Psb A、Ta Psb R、Ta Psa N、Ta CHLH和Ta DVR表达量下调;另外,Ta Fe SOD、Ta Mn SOD、Ta Cu/Zn SOD、Ta APX和Ta MDAR在BSMV:Ta RKL1植株中转录水平也下降;衰老相关基因(Ta SAG1、Ta SAG4、Ta SAG6和Ta SAG12)均下调表达,只有Ta SAG7基因在沉默植株中上调表达;还有4个脱落酸生物合成基因(Ta ABA1、Ta ABA4、Ta NCED4和Ta ABA2)下调表达,但Ta BCH1和Ta AAO3基因表达无显著差异。因此,本研究首次发现Ta RKL1能调节小麦叶片的光合作用和H2O2的稳态,这为小麦光能利用效率的改良提供了潜在的目标基因。
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