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小麦(Triticum aestivum L.)是全世界种植面积最大的粮食作物。非生物胁迫是制约小麦生产的主要因素,严重影响小麦的生长发育,生物产量和经济产量的形成。随着全球气候变化,极端天气事件频发,非生物胁迫对小麦生产的影响将进一步加剧。了解小麦的抗逆机理是培育抗逆高产稳产新品种的前提和基础。植物在长期进化过程中形成了非常复杂的机制以适应各种各样的环境胁迫,其中蛋白质泛素化是应对环境变化快速、有效的方式之一。U-box型E3泛素连接酶(PUB)是植物特有的一类E3连接酶,参与对多种逆境胁迫的应答。本研究以极抗旱小麦品种旱选10号为材料,克隆了泛素连接酶基因TaPUB57-2A,基因表达分析发现TaPUB57-2A参与对多种逆境胁迫的应答,为进一步明确其与小麦抗逆性的关系,揭示其参与抗逆应答的分子机制,开展了一系列研究,通过启动子区顺式作用元件分析、基因表达模式分析、体外泛素化、蛋白互作和转基因水稻功能分析等,明确了TaPUB57-2A在不同逆境胁迫下的表达模式,初步揭示了其在逆境胁迫应答中的功能。主要研究结果如下:(1)克隆了小麦TaPUB57-2A的基因组序列,发现它有12个外显子和11个内含子。TaPUB57-2A编码666个氨基酸残基,包含三个结构域:泛素特异性蛋白酶7的ICP0结合结构域(IBD/USP7),蛋白激酶催化结构域(PKCD)和U-box结构域。二级结构预测TaPUB57-2A能形成32个α螺旋和17个β折叠。(2)启动子分析发现在TaPUB57-2A启动子区存在多个逆境应答顺式作用元件,如干旱应答元件MBS、ABA应答元件ABRE、高温胁迫应答元件HSE、低温胁迫应答元件LTR和茉莉酸甲酯应答元件CGTCA/TGACG motif等。(3)基因表达分析发现,TaPUB57-2A在小麦拔节和抽穗期的根、茎、叶、穗中均有表达,组织特异性不明显。TaPUB57-2A受高盐、干旱、外源ABA、低温等诱导表达,但不同逆境条件下表达模式差异较大。(4)通过筛选小麦cDNA酵母文库得到两个与TaPUB57-2A互作的候选蛋白TaEXPB3和TaXTH2,酵母双杂、LUC和Pull-down等体内体外实验证明TaPUB57-2A能够与TaEXPB3和TaXTH2互作。(5)体外泛素化实验证明,TaPUB57-2A具有E3泛素连接酶活性,TaEXPB3是TaPUB57-2A的泛素化底物。(6)转基因发现,TaPUB57-2A过表达导致水稻的主穗长、穗分支、穗粒数、千粒重和粒长均增大,而株高显著降低。(7)在盐胁迫条件下,转TaPUB57-2A水稻细胞膜稳定性、叶绿素含量、叶绿素荧光、SOD酶活性和存活率均显著低于WT对照,而CAT酶活性高于WT,脯氨酸含量与WT差异不显著,TaPUB57-2A过表达导致转基因水稻对盐胁迫高度敏感,暗示SOD在盐胁迫应答反应中发挥重要作用。