小麦抗逆相关基因TaDjA1和TaSAP7-A的克隆及功能分析

来源 :山西农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:daisy8598
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小麦(Triticum aestivum L.)是我国的主要粮食作物之一。随着全球气候的变化,小麦的生产受到干旱、盐和极端温度等逆境条件的严重制约。发掘和利用小麦优异的抗逆基因资源是改良小麦抗逆性的前提和基础。Dna J蛋白是广泛存在于植物细胞内的一种分子伴侣,它可以独自或协助Hsp70完成蛋白质折叠、解折叠和调节蛋白复合物解聚,对于逆境条件下维持蛋白质或蛋白复合体的稳定性具有重要作用。胁迫相关蛋白(stress associated protein,SAP)是具有A20和/或AN1结构域的一类锌指蛋白,广泛参与植物对逆境胁迫的响应以及生长发育的调控。本研究一方面通过筛选本实验室构建的小麦旱热胁迫应答cDNA文库,克隆得到小麦Dna J蛋白基因TaDjA1,依据其序列多态性开发功能标记和关联分析,发掘TaDjA1的优异等位变异,为小麦抗逆高产育种提供有效的分子选择工具,同时,通过表达特性、亚细胞定位、转基因拟南芥分析及互作蛋白分析等研究TaDjA1-B基因的功能;另一方面对转TaSAP7-A基因拟南芥的表型进行鉴定,明确该基因在逆境胁迫中的功能。主要研究结果如下:1.利用目标基因的cDNA序列在小麦基因组数据库中进行比对,分别获得小麦TaDjA1的A、B和D基因组的参考序列。根据参考序列之间的差异,设计基因组特异引物,克隆到TaDjA1的三个等位基因TaDjA1-A、TaDjA1-B和TaDjA1-D,三者均包含7个外显子和6个内含子,cDNA序列长度均为1266 bp,相似度高达99.5%,均编码421个氨基酸,且氨基酸序列一致。利用以中国春为背景的缺四体材料将其定位在第六同源群。2.TaDjA1包含J结构域、G/F结构域、锌指结构域和羧基末端区四个结构域,属于A类型的Dna J蛋白,且TaDjA1的J结构域相对比较保守,具有典型的HPD(组氨酸/脯氨酸/天冬氨酸,His/Pro/Asp)模块。3.TaDjA1-A基因编码区的第3个内含子区域检测到1个单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism,SNP)位点(C/T),为稀有变异,在其上游序列中检测到4个SNP并开发了标记SNP-1149,关联分析显示该标记与千粒重显著相关,该位点为G时是增加千粒重的优异等位变异。4.TaDjA1-B基因编码区中没有检测到多态性,在其上游序列中检测到5个SNP和2个插入-缺失(insertion-deletion,In Del)位点(T/-,A/-),依据其上游序列的多态性开发了标记SNP-1431和标记SNP-1254,将自然群体分为三种单倍型Hap-6B-1、Hap-6B-2和Hap-6B-3,关联分析显示单倍型Hap-6B-2和Hap-6B-3是降低株高、增加拔节期和灌浆期旗叶叶绿素含量的优异单倍型。5.TaDjA1-D基因编码区检测到3个SNP,分别位于第5个内含子区域和第6、7个外显子区域,其中位于第6个外显子区域的SNP(A/T)引起非同义突变,使得苯丙氨酸转变为酪氨酸,在其上游序列中检测到2个SNP,均为稀有变异。6.TaDjA1-B是定位于叶绿体的DnaJ蛋白,其表达受H2O2和热胁迫的诱导,转TaDjA1-B拟南芥表型出对热胁迫的耐受性增强,同时伴随较低的活性氧(reactive oxygen species,ROS)水平和较高的抗氧化酶活性,另外,TaDjA1-B可以与Ta Hsp70发生互作。7.转TaSAP7-A拟南芥增强对脱落酸(abscisic acid,ABA)、高盐和渗透胁迫的敏感性,而且加速离体叶片的叶绿素降解,依据其序列的多态性将自然群体分为三种单倍型,其中单倍型Hap-5A-2是降低株高和增加千粒重及叶绿素含量的优异单倍型。综合以上结果,TaDjA1等位基因功能标记的开发为小麦育种中选择千粒重、株高及旗叶叶绿素含量(拔节期和灌浆期)等重要农艺性状提供了分子标记,具有重要的应用价值;TaDjA1-B能显著增强转基因拟南芥的耐热性,是改良农作物耐热性的重要候选基因;TaSAP7-A增强转基因拟南芥对高盐和渗透胁迫的敏感性,扩展了对小麦SAP基因家族在逆境胁迫中的功能认识。
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