小麦C2H2型锌指蛋白基因在非生物胁迫下的表达分析及TaZFP5的功能初探

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小麦是世界性的重要谷物,它的总产量、种植面积、贸易总额均排名世界前列。近年来,干旱、高盐、高温、低温等非生物胁迫已成为限制小麦产量与质量的重要因素,因此获得优质品质小麦已经势在必行。植物Q型C2H2锌指蛋白作为植物转录因子之一,在调控植物生长发育、抵抗生物胁迫以及非生物胁迫中都发挥着至关重要的作用,C2H2锌指蛋白在拟南芥、水稻等多种植物中已经被广泛的关注和研究,但在重要粮食作物小麦非生物胁迫响应方面的研究报道尚不多见。本研究以小麦Q型C2H2锌指蛋白家族为研究对象,前期报道中已经筛选出47个Q型C2H2锌指蛋白,通过组织表达分析发现30个在根中相对表达量较高的基因。以此为基础,本课题研究了它们在低温、高盐胁迫、干旱胁迫下的表达模式;通过分析选取小麦Q型C2H2锌指蛋白基因ZFP5进行研究,运用花絮侵染法获得了异源过表达纯合的拟南芥转基因株系,将其命名为OE-1和OE-2,同时对小麦ZFP5(TaZFP5)基因的功能进行研究。具体结果如下:1.干旱胁迫(PEG模拟)处理下,发现小麦中19个ZFP基因在根中受干旱诱导,表达水平上调,3个ZFP基因在干旱处理下表达水平显著下调,推测这22个ZFP基因可能参与了小麦根部对于干旱胁迫的响应。低温胁迫处理条件下,7个ZFP基因表达水平上调,8个ZFP表达水平显著下调,推测这15个ZFP基因可能参与小麦根对低温胁迫的响应。高盐胁迫处理条件下,共有19个ZFP基因表达水平上调,有5个ZFP基因表达水平下调,推测这24个ZFP基因可能参与小麦根部对盐胁迫的响应。2.通过生物信息学分析发现,小麦ZFP5(TaZFP5)是非跨膜蛋白,属于Q型C2H2锌指蛋白。具有两个锌指结构,编码区全长570 bp,编码189个氨基酸。表达分析、进化分析、启动子顺式元件分析结果表明,TaZFP5可能参与干旱、高盐、低温等非生物胁迫的响应。3.成功克隆到小麦ZFP5基因(TaZFP5),并通过构建带有GFP标签的p CAMBIA2300::ZFP5融合表达载体,进行亚细胞定位,结果表明ZFP5为核蛋白。4.通过构建带有GFP标签的PHB::TaZFP5过表达载体,异源转入野生型拟南芥中,从DNA水平以及蛋白质水平两个不同角度鉴定转基因植株,获得TaZFP5纯合拟南芥转基因植株。5.通过对拟南芥野生型Col-0、TaZFP5过表达转基因种子进行干旱、高盐、高温和ABA胁迫处理,统计萌发率。结果表明,过表达OE-1和OE-2转基因株系种子的萌发率低于野生型,推测TaZFP5基因参与种子萌发过程中对干旱、高盐和高温胁迫的响应可能与ABA信号途径有关。
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