小麦耐逆相关转录因子CBFs的克隆及表达分析

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CBFs(C-repeat binding transcription factors)转录激活因子是一类受低温特异诱导的反式作用因子,能与CRT/DRE(C-repeat dehydalration-responsive element)DNA调控元件特异结合,促进启动子中含有这一调控元件的多个冷诱导和脱水诱导基因的表达,从而激活植物体内的多种耐逆机制,进而产生多方面的生理变化,如包括多种LEA蛋白或亲水多肽的编码、氨基酸和多种简单糖类的合成积累等。虽然植物中存在多条冷应答响应途径,但目前对CBFs转录因子参与介导的途径研究得较为深入、功能最为确切,而且CBFs基因家族的部分成员还参与调控了植物在高盐、干旱、ABA以及脱水等一系列非生物胁迫下的逆境响应途径。同时,小麦的抗寒性一直是农业生产以及育种栽培上的重要研究领域。随着春性与弱春性小麦品种在中国小麦主产区——黄淮冬麦区种植面积的不断扩大,以及品种本身的抗冻性差、人为抢墒早播、冬季极端严寒灾害性天气的频繁出现等原因,使得小麦抗寒性问题更为突出。  本研究以抗寒性较强的小麦品种豫农201为材料,利用基因克隆的方法得到5个小麦TaCBFs基因,并进行了生物信息学的相关分析;对其中的4个基因利用荧光定量方法分析TaCBFs基因在低温、ABA、PEG逆境胁迫下的表达情况。  本研究的主要研究结果如下:  1、利用同源克隆的方法克隆了5个小麦TaCBFs基因:TaCBF2、TaCBF11、TaCBF5、TaCBF21以及TaCBF15基因。TaCBF2基因的扩增片段长为874 bp,其中ORF长为675 bp,编码一个含224个氨基酸残基的多肽;TaCBF11基因的扩增片段长为862 bp,其中ORF长为657 bp,编码一个含218个氨基酸残基的多肽;TaCBF5基因的扩增片段长为793 bp,其中ORF长为738 bp,编码一个含245个氨基酸残基的多肽;TaCBF21基因的扩增片段长为578 bp,其中ORF长为483 bp,编码一个含160个氨基酸残基的多肽;TaCBF15基因的扩增片段长为1017 bp,其中ORF长为717 bp,编码一个含238个氨基酸残基的多肽。  2、氨基酸序列同源性分析说明,TaCBF2、TaCBF11、TaCBF5、TaCBF21以及TaCBF15基因的蛋白序列与大麦、黑麦以及一粒小麦的同源性很高。亲水/疏水性分析以及跨膜域预测表明TaCBFs蛋白皆属于亲水性、非跨膜蛋白。系统发育进化树分析表明,可以将5个TaCBFs基因分为四类:第一类为TaCBF2;第二类为TaCBF5和TaCBF15;第三类为TaCBF11;第四类为TaCBF21。对这些基因的氨基酸序列进行功能域预测分析表明,5个TaCBFs蛋白序列均含有AP2DNA结构域,属于AP2/EREBP蛋白家族。  3、在低温4℃、ABA以及PEG胁迫处理条件下的表达特性分析显示:低温4℃处理条件下,叶片中TaCBFs基因的表达均呈现先上调表达然后下调表达的趋势,但是在根中的表达具有组织特异性,TaCBF11和TaCBF21基因在根中可以被低温诱导表达而TaCBF2和TaCBF15则基本不表达。ABA胁迫处理下,TaCBFs基因在根和叶片中基本是不表达的;PEG胁迫处理条件下,TaCBFs基因在叶片和根中的表达也具有不同的规律,叶片中TaCBFs基因能够上调表达,在根中除了TaCBF2和TaCBF15基因其他2者都能在根中被诱导表达。
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