小麦生长素结合蛋白TaABP1的克隆及功能鉴定

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生长素作为植物生长发育的过程中最重要的一类激素,能够促进细胞生长、器官发育以及果实成熟等,因此,克隆并研究生长素相关基因的作用机制,对深入理解生长素调控植物生长发育的机制具有重要意义。目前已分离并鉴定了许多生长素相关的功能基因,但生长素受体蛋白TaABP1基因是如何与生长素结合来参与植物几乎所有的生长发育过程仍未清楚解析。此外,寻找并发现与TaABP1互作的蛋白有助于解释其多样化功能。本研究首次分离得到小麦TaABP1基因,通过生物信息学分析、亚细胞定位、原核表达等方法对TaABP1进行了分子生物学特性分析,进一步利用转基因技术在拟南芥中对TaABP1的功能进行探究。此外,以TaABP1基因为诱饵,利用泛素分离系统筛选得到与其互作的候选基因psaO,光系统I O亚基的结构基因,对其进行了初步的分子生物学特性分析。本研究共取得如下结果:1.小麦生长素结合蛋白TaABP1(1)通过RT-PCR结合RACE从小麦愈伤组织中分离得到TaABP1基因,全长621bp,编码206个氨基酸,含有ABP1家族的典型cupin结构域;(2)氨基酸同源比对结果表明ABP1蛋白在不同植物间的同源性较高;(3)亚细胞定位显示TaABP1蛋白主要分布在细胞膜和细胞质中;(4)利用大肠杆菌的原核表达系统成功诱导出23 kDa的TaABP1蛋白,并对目的蛋白进行了质谱鉴定;(5)通过qRT-PCR分析发现TaABP1基因的表达不具有组织特异性,但在细胞分裂旺盛的愈伤组织和幼嫩的花器官中表达水平较高;(6)利用农杆菌转化法构建转TaABP1拟南芥植株对其功能进行鉴定,结果表明过表达TaABP1能在外源生长素存在下调控拟南芥植株主根和侧根的生长,即低浓度(0.1μM)促进主根伸长而高浓度(10μM)促进侧根发育、诱导生长素信号通路的早期响应基因快速上调表达以及在正常条件下培养的拟南芥叶片的发育:真叶叶缘(莲座叶)下卷和叶柄上翘、莲座叶数量增加、叶面积减少和叶边缘向离轴面(背面)卷曲等表型,以上结果表明TaABP1可能参与拟南芥中生长素介导的快速基因响应过程。2.光系统I O亚基PsaO(1)利用酵母双交技术获得小麦psaO基因,该基因全长659 bp,编码144个氨基酸,小麦PsaO蛋白存在2个跨膜区域,是一种分泌型膜蛋白;(2)PsaO蛋白的同源进化分析表明其氨基酸序列较为保守;(3)qRT-PCR分析表明小麦psaO的表达具有明显的组织特异性,在叶片中表达量最高而愈伤组织中几乎不表达;(4)在ABA、干旱、盐、过氧化氢、黑暗胁迫处理下,小麦psaO均有响应,表明它可能参与小麦的光合作用和抗逆应答反应。以上结果表明,TaABP1参与生长素的快速应答反应,并能扩大生长素信号,最终调控植株根和叶的生长表型。
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