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小麦是全球栽培面积最大的粮食作物之一,低温限制小麦的分布和产量。小麦按习性不同分为春小麦和冬小麦,“东农冬麦1号”(Dn1)是黑龙江省首例能在高寒地区安全越冬的栽培品种(可耐-30℃低温,返青率>85%),其强抗寒性得到公认。研究Dn1抗寒分子机制,将为作物遗传改良候选靶基因的选择提供科学依据。中介体亚基(Mediator Complex,MED)是一种在真核生物中高度保守的多亚基转录共激活因子,参与多种激素信号调控和非生物胁迫。植物激素茉莉酸(JA),调节植物免疫、发育和非生物胁迫。我们前期的研究发现,Dn1的强抗寒性与JA信号途径有关,JA信号转导途径中重要的转录因子MYC2正调控冬小麦的抗寒性,JA参与了低温胁迫下Dn1的ICE-CBF途径,提高了COR基因(cold-regulated)的表达。拟南芥MYC2的转录受MED25的精细调控,MED25参与冷驯化诱导的抗冻性尚未见报道;对Dn1的TaMED25启动子区分析发现其含有低温响应元件。那么TaMED25是否参与冬小麦JA信号介导的抗寒性?本研究旨在探讨TaMED25调控Dn1抗寒性的分子机制:利用生信分析对TaMED25基因结构、编码蛋白特性、同源进化、启动子元件进行预测;检测低温胁迫下Dn1分蘖节及叶片TaMED25的表达量及对外源激素MeJA、SA、ABA的响应;获得过表达TaMED25基因拟南芥纯合植株,并进行抗寒表型鉴定及生物学功能验证;对TaMED25蛋白进行亚细胞定位;利用酵母双杂、双分子荧光互补实验验证TaMED25与TaJAZ7、TaMYC2和TaICE41蛋白互作。主要研究结果如下:(1)生物信息学分析表明:TaMED25(Traes CS5D02G184100)基因全长为3012 bp,编码830个氨基酸,位于小麦基因组5D染色体:285546577-285556215上;蛋白分子质量为8.8574k Da,PI为8.34,为不稳定疏水性蛋白;二级结构为无规卷曲型和α-螺旋;亚细胞定位预测位于细胞核;系统进化分析与大麦聚为一个分支,亲缘关系较近;TaMED25启动子区含有低温响应元件、JA响应元件。(2)TaMED25表达响应低温胁迫,Dn1分蘖节和叶片中TaMED25的相对表达量,-25℃下分别是5℃下的2.6倍和18倍;TaMED25的表达响应MeJA、ABA、SA处理,激素处理下Dn1分蘖节和叶片的TaMED25相对表达量在-25℃均达到最大值。(3)克隆TaMED25基因,构建过表达载体pCAMBIA230035Su-TaMED25,遗传转化拟南芥获得T3代纯合植株,将野生型WT、过表达OE-TaMED25和突变体ber6种子培养在含(不含)20μM MeJA的1/2MS培养基中,发现培养在对照培养基中各株系的主根长相近;而培养在含MeJA的培养基中,WT、OE-TaMED25植株的主根长被强烈抑制,长度约为对照组的一半,而ber6的根长对MeJA不敏感,约为WT、OE-TaMED25植株根长的1.87倍。结果表明,过表达TaMED25的拟南芥植株主根长对MeJA敏感。(4)TaMED25抗寒功能鉴定对WT、OE-TaMED25和ber6抗寒表型观察发现,经4℃冷驯化3 d、-10℃处理2 h后恢复培养,OE-TaMED25植株叶片由鲜绿逐渐变深、恢复后又变鲜绿,恢复到正常的生长状态;而WT叶片变黄,ber6突变体叶片萎蔫甚至死亡。对各株系抗寒生理和分子检测发现,过表达TaMED25提高了拟南芥在-10℃下的冷冻耐受性;降低了拟南芥植株的相对电导率、MDA含量、H2O2含量和O2-含量,提高了脯氨酸含量;提高了拟南芥CBF抗寒途径下游冷响应基因COR15A、COR47A、KIN1和RD29A的相对表达量。(5)TaMED25蛋白亚细胞定位:构建重组质粒pCAMBIA2300-TaMED25-EGFP,瞬时转化烟草,在细胞核内观察到绿色荧光信号,表明TaMED25蛋白定位于细胞核内。(6)酵母双杂法验证TaMED25与TaJAZ7、TaMYC2和TaICE41存在物理互作构建pGBKT7-TaMED25、pGADT7-TaJAZ7、pGADT7-TaMYC2和pGADT7-TaICE41载体。与pGADT7-T、pGBKT7-T共转化酵母感受态细胞,在SD/-Trp-Leu二缺和SD/-Trp-His-Leu-Ade四缺培养基上培养,发现TaMED25蛋白与TaJAZ7、TaMYC2和TaICE41蛋白存在体外相互作用。(7)双分子荧光互补法验证TaMED25与TaJAZ7、TaMYC2和TaICE41存在物理互作构建TaMED25-GFPN、TaJAZ7-GFPC、TaMYC2-GFPC和TaICE41-GFPC载体,与N-GFP、C-GFP载体瞬时共转化烟草细胞,发现TaMED25与TaJAZ7、TaMYC2和TaICE41均存在体内相互作用。综上表明,TaMED25通过参与JA信号转导途径介导了低温胁迫下CBF抗寒途径。