玉米转录因子ZmMYB39的耐旱功能与作用机制研究

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MYB类转录因子是植物中较大的转录因子家族之一,在植物生长发育、防御调控和逆境胁迫中起着重要的作用。本研究旨在分析玉米MYB类转录因子家族成员ZmMYB39的耐旱功能及作用机制。首先对ZmMYB39蛋白特征进行生物信息学分析,进而利用q RT-PCR技术分析ZmMYB39基因在干旱条件下不同组织中的表达量。最后把ZmMYB39基因转入玉米自交系B104中,分析ZmMYB39基因过表达株系和野生型株系的耐旱性差异,并通过转录组测序分析转基因株系和对照株系中的差异表达基因。研究结果表明:(1)ZmMYB39蛋白的生物信息学分析:ZmMYB39蛋白分子量为39.6 k Da,理论等电点为6.71,具有2个MYB结构域,但不具跨膜结构,为亲水性蛋白,蛋白二级结构主要由α-螺旋和无规卷曲构成,所占比例分别为44.90%和41.32%。进化树分析显示,玉米ZmMYB39与小麦Ta MYB33蛋白亲缘关系最近。玉米原生质体瞬时表达试验表明ZmMYB39蛋白定位于细胞核中。实时荧光定量PCR分析表明,叶片中的ZmMYB39表达量最高,胚芽鞘次之,根中最少,且在叶中的表达与胚芽鞘和根的表达具有显著差异。在干旱处理下,根和胚芽鞘中ZmMYB39的表达量与对照相比均存在显著差异,强烈暗示ZmMYB39可能参与玉米对干旱的响应过程。(2)转ZmMYB39基因玉米的耐旱性功能分析:干旱处理两周后,转基因幼苗的株高明显高于野生型株系(WT),复水5天后,转ZmMYB39基因植株大部分恢复生长状态,而野生型植株则全部死亡,干旱胁迫下ZmMYB39基因的玉米株系存活率显著高于野生型。在正常条件下,转ZmMYB39基因植株和WT幼苗的生理指标无明显差异。在干旱胁迫下,转ZmMYB39基因植株体内的H2O2含量和MDA含量显著低于WT。(3)转ZmMYB39基因玉米的转录组测序结果分析:BD(B104 Drought,干旱条件下野生型的表达)和MD(OE Drought,干旱条件下转ZmMYB39基因植株的表达)、BW(B104 Water,正常浇水条件下野生型的表达)和MW(OE Water,正常浇水条件下转ZmMYB39基因植株的表达)之间分别含有135和80个差异表达基因。在干旱条件下,对差异表达基因进行GO富集和KEGG通路分析表明,参与脱落酸和水杨酸的生物合成、缺水反应、钙离子结合、过氧化氢的响应等过程中的一些基因,可能参与了玉米ZmMYB39对干旱信号的响应。
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