【摘 要】
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小麦(Triticum aestivum L.)是世界上最重要的农作物之一,然而,有多种非生物胁迫严重威胁着小麦生产安全。利用分子育种手段进行遗传改良,对小麦的高产、稳产有重要意义。挖掘与作物抗逆相关的候选基因是实现分子育种目标的关键。丝氨酸羧肽酶类蛋白(SCPL)家族在植物的生长发育和响应非生物胁迫的过程中起着至关重要的作用。本研究主要鉴定了小麦SCPL基因家族成员,对它们进行了系统发育关系、染
【基金项目】
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国家重点研发计划项目基金(编号:2016YFD0101802); 国家转基因生物新品种培育重大专项子课题(编号:2016ZX08002002-010); 高等学校学科创新引智计划(111计划);
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小麦(Triticum aestivum L.)是世界上最重要的农作物之一,然而,有多种非生物胁迫严重威胁着小麦生产安全。利用分子育种手段进行遗传改良,对小麦的高产、稳产有重要意义。挖掘与作物抗逆相关的候选基因是实现分子育种目标的关键。丝氨酸羧肽酶类蛋白(SCPL)家族在植物的生长发育和响应非生物胁迫的过程中起着至关重要的作用。本研究主要鉴定了小麦SCPL基因家族成员,对它们进行了系统发育关系、染色体定位、基因复制、基因结构、保守基序、启动子区顺式作用元件和表达特性等分析,并对靶向TaSCPL基因的简单重复序列(SSR)和mi RNA(Micro RNA)进行了预测。主要的研究结果如下:1.共鉴定出210个编码SCPL蛋白的候选基因,这些基因分为三个亚家族:CPI、CPII和CPIII,每个亚家族分别含有74、101和35个TaSCPL基因。基因的染色体定位分析表明,209个TaSCPL基因在小麦的21条染色体上分布不均匀。基因复制分析发现,分别有约10.5%、64.8%的TaSCPL基因来源于串联、片段复制事件,所有的TaSCPL重复基因对的Ka/Ks值均低于0.6,表明它们均受到纯化选择;2.基因结构分析表明,大多数TaSCPL基因包含多个内含子。保守基序分析结果表明每个亚家族中的成员所含基序基本一致。启动子顺式作用元件的分析结果表明,TaSCPL基因的启动子序列富含干旱、ABA和Me JA响应元件;3.对TaSCPL基因家族的所有成员在干旱胁迫下的表达量进行分析发现,有57个TaSCPL基因响应干旱胁迫。通过q RT-PCR验证了其中4个TaSCPL基因的表达水平,并选择了TaSCPL184-6D用于后续的下游分析;4.TaSCPL184-6D基因的转录本长度为1983bp,CDS长度为1515bp,编码504个氨基酸,蛋白分子量为55.67k Da,等电点为5.70。其启动子区含有多个响应Me JA和ABA的激素响应元件,还具有干旱响应元件以及参与防御和应激的响应元件;5.对TaSCPL184-6D转基因拟南芥进行干旱和盐胁迫抗性鉴定发现,在胁迫条件下,TaSCPL184-6D转基因拟南芥的萌发率、总根长、根鲜重、存活率和脯氨酸含量显著高于野生型,丙二醛含量显著低于野生型。说明过表达TaSCPL184-6D能显著增强转基因拟南芥植株的抗旱性和耐盐性。总之,本研究揭示了TaSCPL基因家族在植物响应非生物胁迫中的重要作用,一方面为小麦抗逆分子育种提供了候选基因,对进一步增强小麦的抗逆性具有重要意义;另一方面为实现小麦的高产、稳产提供了一定的理论基础。
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