小麦三氨基环延伸超家族分析及TaKNOX11-A的功能鉴定

来源 :西北农林科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:oibaggio
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小麦作为在世界范围内最重要的农作物之一,是人类蛋白质和矿物质摄入的重要来源。随着全球气候变暖,各种非生物胁迫出现的概率也随之增加,提高小麦对各种非生物胁迫的抵御能力对保证小麦高产、稳产,保障粮食安全至关重要。目前,主要利用分子育种手段进行遗传改良来提高小麦对各种非生物胁迫耐受性,而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。最近许多研究表明,TALE家族不仅可以调节植物的生长发育,而且在植物非生物胁迫中也发挥作用。因此,研究小麦TALE基因具有重要意义。本研究采用生物信息学研究方法,对小麦TALE家族进行了全面的全基因组分析,通过对小麦TALE基因家族成员鉴定及家族成员TaKNOX11-A基因的抗逆功能鉴定,共取得了以下研究结果:1.本研究共鉴定出70个小麦TALE基因家族成员,根据21个物种以及小麦物种内的系统发育树,将小麦TALE成员分为KNOX亚家族和BEL1-like亚家族,不同亚家族成员的理化性质有很大不同。基因组之间的复制事件分析中发现58对复制基因,其中53对是片段复制。Ka/Ks比值表明,随着进化时间的推移,TALE基因主要经历了纯化选择(Ka/Ks比值<1)。2.在基因结构和保守基序的研究中,同一进化树分支中的小麦成员具有相似的基因结构和保守基序,且BEL1-like家族有更多的内含子。在对小麦TALE基因的结构分析中发现主要顺式作用元件是激素反应元件,其次是环境胁迫反应元件。激素反应元件中,MeJA反应元件最多,其次是ABA反应元件。结合GO注释结果,表明TALE家族可能通过ABA或MeJA途径参与对干旱胁迫的响应。3.本研究选择了四个在小麦每个生长期都有较高表达水平和更多顺式作用元件的小麦TALE基因进行后续的研究。qRT-PCR分析表明,干旱、盐、ABA和MeJA处理显著诱导TaKNOX11-A基因表达,说明TaKNOX11-A可能通过ABA或MeJA途径响应干旱和盐胁迫。4.本研究对小麦TaKNOX11-A基因进行了克隆与功能鉴定,发现在干旱和盐胁迫下TaKNOX11-A转基因拟南芥植株表现出更好的发芽率和存活率,以及更长的根系。并且与野生型相比,TaKNOX11-A转基因植株中PRO的积累更高,MDA的积累更低。这表明PRO可能直接促进TaKNOX11-A转基因植物对干旱和盐胁迫的耐受性增强。这些生理变化表明,TaKNOX11-A在植物对不利环境条件的反应中具有积极作用。上述研究结果普通小麦TALE家族成员的后续研究奠定了基础,也为提高小麦抗逆机理解析、小麦抗逆分子育种及丰富小麦抗逆基因资源提供了理论和方法参考。
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