玉米促分裂原活化蛋白激酶ZmMAPKKK1的抗旱功能研究

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干旱胁迫作为主要的非生物胁迫之一,严重影响着粮食作物的产量,而水资源的日益匮乏使我们不得不面对粮食作物减产这个严峻的问题。研究植物的耐旱基因有望为植物抗旱育种提供优异的基因资源。促分裂原活化蛋白激酶(Mitogen Activated Protein Kinase,MAPK)级联信号传导途径是已知的在植物逆境胁迫响应上发挥重要作用的信号通路之一,但是玉米中的MAPK级联应答途径的功能研究较少且ZmMAPKKKs的研究更是处于空白阶段。本研究中,我们对74个ZmMAPKKKs做了候选基因关联分析并发现有一个基因存在与干旱表型显著相关的SNP位点,我们把它命名为ZmMAPKKK1(GRMZM2G039106)并对它进行了更深层次的功能及机理研究。主要结果如下:1.系统进化分析发现ZmMAPKKK1所在分支有11个基因。它们的基因结构及蛋白结构域都很保守。2.亚细胞定位实验发现ZmMAPKKK1可能位于细胞膜。3.RT-qPCR结果显示ZmMAPKKK1具有组织表达特异性。此外,干旱、水杨酸(Abscisic acid,SA)、脱落酸(Salicylic acid,ABA)、盐和聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG)等胁迫都能诱导ZmMAPKKK1基因的表达。4.通过比较拟南芥ZmMAPKKK1超表达材料及野生型发芽率,叶片失水率,干旱处理后复水存活率以及生理生化指标含量的变化等表型数据,证明ZmMAPKKK1基因能够增加植物的抗旱性,是抗旱正调控因子。5.通过RT-qPCR分析拟南芥ZmMAPKKK1超表达材料及野生型干旱相关的基因的表达量变化。我们认为拟南芥ZmMAPKKK1超表达材料增强的耐旱性可能是通过调节干旱胁迫相关基因的表达来实现的。6.我们在烟草中通过LCI找到了ZmMAPKKK1的互作蛋白ZmMEK1。通过Y2H发现ZmMAPKKK1与PP2CA以及Sn RK2家族中的部分蛋白能够互作。7.候选基因关联分析及单倍型分析发现ZmMAPKKK1的3’端对基因的功能有重要的作用。3’端的重测序结果显示在ZmMAPKKK1基因的3’端存在一个和存活率相关的In Del。
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