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植物作为固着生物,在漫长的进化过程中发展了复杂的响应系统以适应多变的内、外环境信号。光是植物生长发育过程中最重要的环境因子之一。光信号被植物光受体接收,经过一系列光信号元件的转导,调控光诱导基因的表达,最终引起植物的光形态建成。除了光信号,油菜素内酯(BR)作为一种重要的植物内源激素,在调节光形态建成中同样发挥关键作用。光信号转导途径和油菜素内酯信号转导途径的交叉正成为当前研究的热点。盐、旱等非生物胁迫是影响植物生长发育的另一类重要环境刺激。植物通过ABA依赖和ABA非依赖信号途径响应非生物胁迫。一些光信号元件,如CRY1,HY5也参与植物对非生物胁迫的应答。本实验室通过体细胞杂交,选育了高产、耐盐小麦新品种山融3号(SR3)。在对其耐盐机理进行抑制性消减杂交(SSH)和基因芯片分析后,克隆了参与盐胁迫应答的小麦基因TaGBF及其可能的互作蛋白基因TaCKB并进行功能鉴定。本论文发现TaGBF整合了光、油菜素内酯、非生物胁迫信号转导途径,是植物生长发育调控的关键节点；初步证明TaCKB可以与TaGBF互作,参与调控植物抗逆与发育。论文开展了以下工作：1)分析了TaGBF的组织特异性表达及光响应表达模式,研究了过表达TaGBF对拟南芥光形态建成和气孔发育的影响,确定了TaGBF在蓝光信号转导途径中的遗传位置,检测了TaGBF与光信号转导途径关键蛋白的相互作用关系。2)分析了油菜素内酯对TaGBF表达及生物学功能的影响,研究了过表达TaGBF对油菜素内酯响应的影响,确定了TaGBF与油菜素内酯信号转导途径关键作用因子BZR1的遗传关系,检测了TaGBF与油菜素内酯信号转导途径关键蛋白的相互作用关系。3)分析了TaGBF在非生物胁迫下的表达模式,构建了TaGBF小麦过表达系、RNAi干扰系,研究了TaGBF过表达小麦、过表达拟南芥在非生物胁迫下的表型,检测了非生物胁迫响应Marker基因的表达变化,探讨了TaGBF可能参与的非生物胁迫相关的信号途径。4)克隆了TaGBF潜在互作蛋白小麦酪蛋白激酶2调节亚基基因TaCKB,分析了TaCKB的组织特异性表达和非生物胁迫响应表达模式,进行了亚细胞定位,研究了TaCKB过表达拟南芥在盐处理下的表型和开花时间,探讨了TaCKB可能参与的调节种子萌发的途径,初步验证了TaCKB和TaGBF的互作关系。主要研究结果包括：1TaGBF在植物光信号转导途径中的功能研究TaGBF属于植物bZIP家族G组基因,在小麦的根、茎、叶、花中的表达量较高。小麦中TaGBF的表达受到蓝光诱导。过表达TaGBF促进了蓝光下拟南芥的光形态建成,表现为下胚轴长度显著缩短,子叶面积显著增大。同时TaGBF显著增加了蓝光下拟南芥子叶的气孔密度,促进了子叶气孔发育。遗传学实验显示,在拟南芥中TaGBF在CRY1下游发挥生物学功能。酵母双杂交的结果显示,TaGBF与光信号转导途径的关键抑制因子AtCOP1之间存在相互作用,而与bZIP转录因子AtHY5之间则不存在相互作用。以上结果表明,TaGBF是CRY1下游,蓝光信号转导的正向调控因子。2TaGBF介导拟南芥蓝光信号与油菜素内酯信号转导途径的交叉在拟南芥中,激活油菜素内酯信号转导途径可以诱导AtGBF的表达。在小麦中,施加外源油菜素内酯同样可以诱导TaGBF的表达。表明GBF响应油菜素内酯信号。蓝光下,TaGBF过表达系的下胚轴长度较野生型显著缩短,外源施加油菜素内酯后过表达系下胚轴伸长,表明过表达系中TaGBF介导的蓝光信号转导途径与油菜素内酯信号转导途径在光形态建成的调控中功能是拮抗的。过表达TaGBF导致蓝光下拟南芥对油菜素内酯及其抑制剂的响应发生改变。在黑暗中,TaGBF过表达系的下胚轴对油菜素内酯的抑制剂超敏感。TaGBF过表达系中,油菜素内酯响应基因的表达显著下调。遗传学实验显示,bzrl-1D可以部分抑制蓝光下TaGBF过表达系下胚轴的缩短,证明过表达系中TaGBF介导的蓝光信号与油菜素内酯信号转导途径在光形态建成的调控中功能是拮抗的。Bzrl-1D能够部分抑制TaGBF过表达系对油菜素内酯抑制剂的响应。通过以上实验,我们发现TaGBF作为节点整合了蓝光信号转导途径和油菜素内酯信号转导途径,提出了两条途径相互作用和动态平衡的模型。3TaGBF在非生物胁迫应答中的功能研究在小麦中,TaGBF的表达受到盐胁迫、渗透胁迫等非生物胁迫的诱导。我们构建了TaGBF的小麦过表达系、RNAi干扰系。表型分析显示,盐胁迫下,野生型小麦叶尖出现轻度萎蔫,叶片呈现绿色；TaGBF过表达小麦叶片显著萎蔫,叶片变黄,根长较野生型小麦显著缩短,表明TaGBF提高小麦对盐胁迫的敏感性。这是首次在小麦中证明蓝光信号元件参与非生物胁迫应答。在拟南芥中,过表达TaGBF导致拟南芥种子在盐胁迫、渗透胁迫下萌发率降低,萌发后子叶不能变绿。表明TaGBF提高了拟南芥对盐胁迫的敏感性。在TaGBF拟南芥过表达系中,ABA依赖途径的AtMYC2较野生型显著下调,AtAB15显著上调,表明TaGBF可能通过ABA依赖途径提高拟南芥对非生物胁迫的敏感性。4TaCKB的克隆及其在非生物胁迫应答中的功能研究在小麦中,酪蛋白激酶2的β亚基基因TaCKB的表达受到盐胁迫诱导,该蛋白是TaGBF潜在的互作蛋白,我们从小麦中首次中克隆了该基因,进行了初步的功能分析。酵母双杂交实验显示,TaCKB与TaGBF之间存在相互作用。TaCKB过表达拟南芥在种子萌发阶段表现出对盐胁迫的耐受性。TaCKB在萌发阶段表现出对GA抑制剂PAC的抗性,在ABA处理下与野生型拟南芥的萌发率没有显著性差异,所以TaCKB对拟南芥种子萌发的调控可能直接依赖于GA信号途径。种子的萌发依赖于GA和ABA的平衡,TaCKB与TaGBF如何通过互作调控胁迫下的种子萌发有待进一步研究。