小麦TaPIF5--B基因的克隆与功能研究

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光敏色素互作因子(Phytochrome interacting factors,PIFs)是bHLH(basic helix-loop-helix)转录因子家族成员,参与植物种子的萌发、暗形态建成和植物衰老等多个生物学过程,是植物生长发育过程中的重要调控因子。多年来,关于PIFs的研究主要集中在模式植物拟南芥中,而在其他植物特别是作物中的相关研究则鲜有报道。小麦是世界上非常重要的粮食作物,本研究对小麦基因组中PIF类转录因子基因进行了鉴定,克隆了TaPIF5-B基因,并初步分析了其生物学功能。主要内容和研究结果如下:
  (1)从六倍体小麦中国春的基因组中共鉴定出了15个PIF类转录因子;蛋白质序列比对结果发现,这15个PIF转录因子均具有活性光敏色素B结合域(Active phytochrome B binding domain, APB)。进化树分析结果显示,小麦PIFs与水稻和玉米中的PIFs亲源关系较近。
  (2)利用RT-PCR技术克隆了TaPIF5-B的基因序列;应用实时荧光定量RT-PCR技术对TaPIF5-B的组织特异性表达进行了分析,发现TaPIF5-B在小麦的幼叶中表达量较高,在根、雌蕊和雄蕊中几乎不表达;光周期下TaPIF5-B的表达呈现昼夜节律性,且在光照条件下的表达水平相对较高。
  (3)利用农杆菌介导的瞬时转化法对TaPIF5-B蛋白进行亚细胞定位分析,发
  (4)现TaPIF5-B定位于细胞核中;酵母双杂交实验结果表明TaPIF5-B可分别与TaphyA、TaphyB互作,说明TaPIF5-B可通过光敏色素信号途径发挥作用。
  (5)使用浸花法将TaPIF5-B基因转入模式植物拟南芥中,通过多代筛选获得了TaPIF5-B转基因拟南芥纯合株系。表型分析结果表明,TaPIF5-B转基因拟南芥种子在黑暗条件下的萌发率显著低于对照组。此外,与野生型对照相比,TaPIF5-B转基因拟南芥植株在生长至40天时叶片就提前变黄,且转基因株系叶片中的叶绿素含量显著低于野生型,在拟南芥表达TaPIF5-B可下调其叶绿素含量,使植株提前衰老。
  (6)利用基因枪法将TaPIF5-B转入六倍体小麦品种Bobwhite中,成功获得了12株TaPIF5-B过表达转基因小麦再生植株。
  (7)本研究在六倍体小麦中鉴定了全部的PIF类转录因子,克隆了TaPIF5-B,并对其生物学功能进行了初步分析,发现TaPIF5-B定位于细胞核中,可与光敏色素蛋白互作。表型分析结果揭示了TaPIF5-B在植物种子萌发和叶片衰老过程中的调控作用。以上结果为进一步探究PIF类转录因子对小麦生长发育的调控机制奠定基础,进而为小麦育种提供参考依据。
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