【摘 要】
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小麦是世界上主要的粮食作物之一。随着世界人口的增长和全球气候变化等因素,如何保障粮食安全已经逐步变成亟待解决的难题。外部信号,包括光、温度和其他条件造成的非生物胁迫,可以极大地影响植物的生长发育。CAMTA是Ca2+信号转导通路中较为关键的转录因子,不仅对植物生长发育的过程产生影响,还参与旱、盐、冷、热等逆境胁迫调控。本研究综合生物信息学、分子生物学研究方法,对小麦CAMTA转录因子家族进行筛选、
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小麦是世界上主要的粮食作物之一。随着世界人口的增长和全球气候变化等因素,如何保障粮食安全已经逐步变成亟待解决的难题。外部信号,包括光、温度和其他条件造成的非生物胁迫,可以极大地影响植物的生长发育。CAMTA是Ca2+信号转导通路中较为关键的转录因子,不仅对植物生长发育的过程产生影响,还参与旱、盐、冷、热等逆境胁迫调控。本研究综合生物信息学、分子生物学研究方法,对小麦CAMTA转录因子家族进行筛选、鉴定,同时分析了该家族成员的理化性质、基因结构、进化关系、保守蛋白基序、顺式作用元件等。利用q PCR技术对该家族基因的组织特异性和多种胁迫处理下的表达模式进行了分析,,结果发现TaCAMTAs在各个组织中均有表达且响应不同种逆境处理,其中干旱胁迫响应结果尤为显著。为深入研究CAMTA家族与干旱的关系,筛选并克隆小麦干旱相关主要候选基因TaCAMTA1b-B.1并对其进行初步功能研究。过表达TaCAMTA1b-B.1转基因小麦抗旱性增强而基因沉默植株抗旱性降低,说明TaCAMTA1b-B.1是干旱胁迫的正向调控基因。本研究不仅为抗逆小麦选育工作提供重要的基因资源,而且对研究作物抗逆性具有重要的参考价值。主要研究结果如下:1.结合数据库,分析鉴定出17个CAMTA家族基因,编码蛋白介于138～1066个氨基酸范围内,分子量为16.21～119.32 k Da,等电点介于5.32～9.57,内含子介于4～14个。系统进化分析发现,TaCAMTA家族分为三个亚家族,分布在小麦的10条染色体上。2.利用公共RNA-seq数据,结合RT-q PCR分析了小麦CAMTA家族基因的组织特异性表达模式,结果表明小麦CAMTA家族基因在根、茎、叶、穗和籽粒中均有表达,其中苗期主要在地上部表达,生长发育阶段主要在叶片中表达。3.对小麦CAMTA家族基因进行非生物胁迫和激素ABA胁迫表达模式分析,发现该家族成员普遍响应干旱、高盐、低温等胁迫,其主要响应干旱胁迫。4.筛选克隆获得干旱胁迫重要基因TaCAMTA1b-B.1,利用农杆菌介导的小麦遗传转化获得了TaCAMTA1b-B.1过表达（OE）和沉默表达（RNAi）的小麦植株,对干旱胁迫条件下的OE、RNAi和野生型（WT）植株进行表型统计,结果显示:与WT植株相比,RNAi植株的表型变化无显著差异,但OE植株的存活率显著提高,叶片失水率降低。在干旱处理下MDA含量均升高。表型结果分析表明,TaCAMTA1b-B.1基因的过量表达使小麦表现出更强的干旱胁迫耐受性。5.本研究发现了2个CAMAT家族新成员,TaCAMTA5-B.1和TaCAMTA5-B.2。通过酵母双杂交实验结果发现,TaCAMTA5-B.1和TaCAMTA5-B.2蛋白均无自激活报告基因的活性,其中TaCAMTA5-B.1可与Ta Ca M蛋白互作,说明TaCAMTA5-B.1可能具备CAMTA家族的分子功能。
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