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非生物逆境(干旱、盐分、低温和营养元素缺乏等)对植物生长发育具有非常重要影响。逆境条件下,植物接受胁迫信号后,经过一系列信号转导过程,对逆境产生应答和抵御。其中,特定转录因子和信号元件在介导逆境信号的转导过程中发挥着重要作用。 本研究分析了几个小麦植株中应答非生物胁迫基因的分子特征及抵御逆境的功能,包括一个WKRY转录因子家族基因TaWRKY1(EU665424),一个MYB转录因子家族基因TaMYB1(CK212262)及SPX蛋白家族基因TaSPX129(EF522137)。主要研究结果如下: 1、对Ta WRKY1分子特征研究表明,该基因的cDNA全长为957bp,编码318个氨基酸,编码蛋白的分子量为34.32kD,等电点(pI)为7.455。该基因编码蛋白含有1个WRKY域(aa126-aa132)和1个锌指域(aa146-aa177),属WRKYⅡ型。 2、表型鉴定结果表明,超表达Ta WRKY1可以改善转基因幼苗植株生长状况,干旱逆境下,转基因系W1-3植株的根条数、根长和叶面积均优于野生型植株,表明TaWRY1基因具有增强植株抵御干旱逆境的能力。 3、对干旱逆境下W1-3植株内活性氧清除系统中关键细胞保护酶SOD、POD、CAT活性、表达特征及NBT、DAB活性氧定位研究表明,干旱胁迫下,与野生型植株相比,W1-3植株的3种保护酶活性均增强,SOD1、SOD2和POD1;2等抗氧化酶基因的表达量明显增加,表明Ta WR Y1通过调控活性氧清除系统中关键保护酶基因的表达,增强清除氧自由基的清除能力,减弱活性氧对植株的损伤,从而抵御干旱逆境。 4、对四种处理(正常培养、干旱逆境、外源ABA和干旱+外源ABA)下的W1-3植株气孔变化和参与干旱逆境下气孔开闭调节的相关ABA受体蛋白基因表达进行了研究。结果表明,干旱+外源ABA处理较上述单一处理能加快干旱气孔的闭合速度,ABA调控通路中的ABA受体蛋白基因NtP YL8上调表达,SnRK激酶基因NtSPK2-4、NtSPK1-0下调表达。暗示干旱逆境下,TaWRKY1可能通过ABA信号调控途径调节气孔运动并由此应答和抵御干旱胁迫。 5、从小麦根系应答低磷逆境的基因芯片中,鉴定了42个小麦MYB家族基因,对上调表达明显的该家族基因TaMYB1进一步功能分析。低磷处理下,超表达TaMYB1的转基因植株长势明显改善,植株干物重、植株内磷积累量均显著高于野生型。表明超表达TaMYB1具有增强植株低磷逆境下磷素吸收及改善植株磷素利用效率能力。 6、以小麦根系总RNA反转录产物为模板,利用RT-PCR技术,扩增了TaSPX129的cDNA序列。TaSPX129编码439个氨基酸,蛋白分子量为47.31kD,等电点(pI)为4.79。该基因编码蛋白包含一个典型的MFS跨膜结构域,属于SPX-MFS亚家族成员。 7、在低磷、低氮和高盐胁迫下,TaSPX129均表现为下调表达,表明该基因参与了多种胁迫信号转导途径。利用RT-PCR技术和DNA重组技术,构建了融合了TaSPX129正、反义序列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和小麦植株,为后续基因功能研究奠定了基础。