COI1/MYC2与冷响应基因ICE41调节冬小麦抗寒分子机制

来源 :东北农业大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:superlife123
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寒害严重地限制着全世界农作物的分布及产量。植物激素作为一种信号分子,在生物胁迫与非生物胁迫中起重要作用。小麦是我国主要的粮食来源之一,“东农冬麦1号”(Dn1)是强抗寒性冬小麦品种。课题组前期构建了冬小麦Dn1根茎的mi RNA(Micro RNA)库,对其靶基因的KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)分析发现,低温胁迫下,冬小麦JA信号转导途径中Ta COI1和Ta MYC2基因的表达水平发生了改变,且对Dn1的蛋白质组学研究发现,低温胁迫下,4个冷响应基因编码的蛋白Wcor14、Wcor15、Wcor18和Wcor413表达水平发生了显著变化,暗示JA可能参与到冬小麦对低温胁迫的应答中。ICE1是CBF途径中的正调控因子之一,在一些植物中与MYC2相互作用参与低温应答。本研究以Dn1为实验材料,探讨在大田自然降温条件下,外源Me JA处理对冬小麦叶片及分蘖节中Ta MYC2、冷响应基因Ta ICE41、Wcor14、Wcor15、Wcor18和Wcor413表达量的变化;结合生物信息学分析,构建Ta COI1、Ta MYC2和Ta ICE41过表达载体遗传转化拟南芥获得T2代阳性植株,在T3代转基因拟南芥中进行抗寒生物学验证;通过酵母双杂实验初步鉴定Dn1中Ta MYC2蛋白与Ta ICE41蛋白是否存在体外相互作用。研究旨在揭示JA在冬小麦响应抗寒途径中的作用机制,为激素调控冬小麦抗寒分子途径的研究提供理论基础和生产依据。结果表明:(1)Ta COI1、Ta MYC2和Ta ICE41生物信息学分析结果表明:Ta COI1定位于细胞质内,Ta MYC2和Ta ICE41定位于细胞核内。进化树分析表明:Ta COI1蛋白与单子叶植物水稻Os COI1蛋白属于同一聚类,亲缘关系相近达93%;Ta MYC2蛋白与单子叶植物玉米Zm MYC2蛋白属于同一聚类,亲缘关系相近达83%;Ta ICE41蛋白与单子叶植物二穗短柄草Bd ICE1蛋白属于同一聚类,亲缘关系相近达97%。motif分析表明:Ta COI1蛋白与水稻、大豆、拟南芥、烟草和番茄有10个相同的motif;Ta MYC2蛋白与番茄、烟草、拟南芥和玉米的MYC2蛋白有10个相同的motif;Ta ICE41蛋白与二穗短柄草Bd ICE1蛋白拥有8个相同的motif,进一步支持蛋白进化树的分析。(2)冬小麦Ta MYC2、Ta ICE41、Wcor14、Wcor15、Wcor18和Wcor413的相对表达量显示:对照组分蘖节中Ta MYC2和Ta ICE41均在-10°C表达量达峰值,Wcor14、Wcor15和Wcor413均在0°C表达量达峰值,Wcor18则在-25°C表达量达峰值;叶片中Ta MYC2和Wcor18均在-25°C表达量达峰值,Ta ICE41、Wcor14、Wcor15和Wcor413均在0°C表达量达峰值。外源Me JA处理均不同程度地增加了上述基因的相对表达量,分蘖节的基因表达量均在-10°C达峰值,且差异显著;叶片中的基因表达量变化与对照组一致,Ta ICE41、Wcor14、Wcor15和Wcor413表达量较对照组差异显著。(3)Ta COI1、Ta MYC2和Ta ICE41功能验证:构建Ta COI1、Ta MYC2和Ta ICE41拟南芥表达载体,遗传转化野生型拟南芥,筛选阳性植株并鉴定,获得T3代植株。以WT拟南芥为对照,对两周龄大小的拟南芥进行4°C冷驯化3 d,-10°C处理4 h,光周期恢复培养4 d,对其进行表型观察、存活率统计、抗寒生理检测及下游冷响应基因表达量检测。结果显示:ox-Ta COI1、ox-Ta MYC2和ox-Ta ICE41植株存活率显著高于WT;ox-Ta COI1、ox-Ta MYC2和ox-Ta ICE41植株的相对电导率和丙二醛(MDA)含量均低于WT,脯氨酸(Pro)含量高于WT;ox-Ta COI1、ox-Ta MYC2和ox-Ta ICE41植株中冷响应基因At KIN1和At RD29A的表达量均显著高于WT,ox-Ta COI1和ox-Ta MYC2植株中At COR15A和At COR47表达量与WT相比也显著增加。(4)体外酵母双杂交验证Ta MYC2与Ta ICE41相互作用:p GBKT7-Ta MYC2和p GBKT7-Ta ICE41分别与p GADT7-T共转化酵母感受态细胞,在DDO(SD/-Trp-His,二缺)培养基上生长良好,在TDO(SD/-Trp-His-Leu,三缺)培养基上p GBKT7-Ta ICE41不生长,而p GBKT7-Ta MYC2在QDO(SD/-Trp-His-Leu-Ade,四缺)培养基上自激活活性被完全抑制。p GBKT7-Ta MYC2与p GADT7-Ta ICE41或p GBKT7-Ta ICE41与p GADT7-Ta MYC2在QDO培养基上共转化AH109酵母感受态细胞,均能正常生长。酵母双杂交实验初步证明Ta MYC2蛋白与Ta ICE41蛋白存在体外相互作用。
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