小麦TaZAT8与TaWRKY2基因特征及抵御低磷等营养逆境功能

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锌指转录因子通过调控下游基因的表达在植株应答非生物和营养逆境过程中扮演着重要角色。本研究鉴定了一个小麦C2H2型锌指转录因子基因TaZAT8和一个小麦WRKY型锌指转录因子基因TaWRKY2。TaZAT8具有C2H2型锌指转录因子的典型特征,包含两个C2H2锌指域和QALGGH保守区。不同低磷浓度胁迫下,小麦根中TaZAT8的表达水平均上调,在20μM时的表达水平较高。以20μM浓度处理,TaZAT8转录水平在胁迫1h后明显增加,48h内保持较高水平,恢复正常培养48h后,表达水平又下降。结合皿培和土培实验研究超表达TaZAT8的烟草转基因系OE3和OE5植株低磷下的应答,发现低磷处理后,与野生型相比转基因系表现出植株增大、根系增加和生物量增多等表型特征。进一步研究表明,磷转运蛋白NtPT1和NtPT2及与生长素极性运输及调节根发生伸长的相关基因NtPIN1和NtPIN4在转基因系植株根系中呈上调表达与低磷逆境下的根系表型变化一致。而低磷胁迫下转基因系较野生型植株中SOD、POD、CAT保护酶活性增强,MDA含量降低,同时对一系列上述保护酶基因的表达分析表明,低磷胁迫下部分成员在转基因植株中表达量增加。通过DAB法和NBT法分别对H2O2和O2-·进行了组织定位定量检测表明,低磷胁迫下OE3和OE5的叶片染色程度相对较浅。上述结果可能与转基因植株低磷逆境下抵御能力增强,生长状态较好有关。  应用蛋白质组学技术对超表达TaZAT8的烟草进行蛋白质差异表达分析发现,有22个蛋白的表达量发生了变化,经LC-MS/MS质谱鉴定,差异蛋白涉及逆境应答及细胞保护、物质代谢、能量代谢、转录翻译、蛋白质转换和未知功能6个类别。结合一些蛋白的功能分析,表明过表达TaZAT8基因带来了一系列变化,为植株面对可能出现的低磷等非生物逆境做了准备。  TaWRKY2为典型的WRKY型锌指转录因子,包含两个WRKY域和两个C2H2锌指域。进化分析表明TaWRKY2与同种属的TaWRKY25序列一致性最高。高盐和干旱非生物逆境及低磷、低氮、低钾、低钙和低锌营养胁迫下,TaWRKY2基因在小麦根中均呈上调表达,表达模式略有不同,表明该TaWRKY2参与多个胁迫信号转导途径。利用DNA重组技术,构建了融合TaWRKY2正、反义序列及该基因与GFP融合的双元表达载体重组质粒,通过农杆菌介导法建立了该基因的转基因烟草植株。  在正常培养和不同营养逆境条件下,以琼脂、霍格兰营养液和蛭石为培养载体,对野生型和超表达TaWRKY2转基因系植株进行表型鉴定。在琼脂皿培时,目前发现低磷处理下转基因系植株比野生型植株增大,其他处理条件下表型无明显差异。而水培和土培结果发现,在低磷和低钙逆境下,转基因系在这两种培养条件下植株大小均优于野生型植株。进一步研究表明,与TaZAT8相似,低磷胁迫下磷转运蛋白基因NtPT1和NtPT2在过表达TaWRKY2的转基因植株根系中也上调表达。低钙处理下,超表达TaWRKY2提高了两个钙通道蛋白基因CCP5和CCP3和多个保护酶基因的表达量,此外3个PIN基因NtPIN1b、NtPIN4及NtPIN9的表达量也在转基因植株中上调表达。说明Ta WRKY2可能通过调控对营养元素的吸收转运,活性氧的清除以及钙信号的传递等多种途径抵御低钙胁迫。鉴于WRKY转录因子调控植株抵御低钙等逆境的研究尚少,关于该家族成员应答钙胁迫等营养逆境的分子机制及信号调控网络还有待进一步研究。
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