發(fā)布時間：2018-10-08 16:27

【摘要】：PIFs 因子(phytochrome interacting factors)或稱 PILs 因子(phytochrome interacting factor-like),屬于bHLH(basic helix-loop-helix)轉(zhuǎn)錄因子家族的第15亞族,在植物信號調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮著重要的作用。近年來對環(huán)境信號和激素信號分子水平上的交叉作用及協(xié)同調(diào)控研究中,PIFs亞家族被認(rèn)為起到“樞紐”的作用。目前針對PIFs的研究主要依賴于模式植物擬南芥,而在其他作物(水稻、小麥、玉米等)中的研究還非常少。根據(jù)擬南芥PIFs轉(zhuǎn)錄因子的序列,通過序列比對從PlantTFDB數(shù)據(jù)庫的308個玉米bHLH轉(zhuǎn)錄因子中鑒定出了 6個PIFs類轉(zhuǎn)錄因子,分別命名為ZmPIF1、ZmPIF2、ZmPIF3、ZmPIF4、ZmPIF5和ZmPIF6。利用生物信息學(xué)方法對ZmPIFs家族的基因結(jié)構(gòu)、蛋白質(zhì)保守結(jié)構(gòu)域和系統(tǒng)發(fā)生進(jìn)行了分析,序列比對發(fā)現(xiàn)6個ZmPIFs轉(zhuǎn)錄因子都具有bHLH結(jié)構(gòu)域和APB結(jié)構(gòu)區(qū)域,其中ZmPIF1、ZmPIF2、ZmPIF3還具有APA結(jié)構(gòu)區(qū)域。進(jìn)化樹分析發(fā)現(xiàn),ZmPIF1、ZmPIF2、ZmPIF3 和 AtPIF3、AtPIF1,OsPIL15、OsPIL16 同源關(guān)系較近,并且都具有APA結(jié)構(gòu)域。酵母雙雜交實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明ZmPIF1、ZmPIF2、ZmPIF3、ZmPIF4、ZmPIF5 和 ZmPIF6 均與 ZmPhyB1 互作,其中 ZmPIF1、ZmPIF2 和 ZmPIF3 還能與ZmPhyA1互作,說明ZmPIFs能作為光敏色素互作因子發(fā)揮作用。利用實(shí)時熒光定量PCR技術(shù),研究了這6個ZmPIFs家族基因在玉米不同發(fā)育期的表達(dá)特性,結(jié)果顯示基因在玉米的根、莖、葉、雄蕊、雌蕊、籽粒中均有表達(dá),且具有一定的組織表達(dá)特異性。分析玉米6個ZmPIFs基因在一天中不同時間點(diǎn)的表達(dá)情況發(fā)現(xiàn)均具有節(jié)律性。干旱、高鹽、高溫、低溫等非生物脅迫處理后,ZmPIFs基因?qū)Ψ巧锩{迫有不同的反應(yīng),推測它們可能參與玉米應(yīng)答非生物脅迫的過程。為了進(jìn)一步探究它們可能參與的激素信號路徑,用ABA、GA、JA、BR、IAA、ETH等6種植物激素處理玉米,結(jié)果發(fā)現(xiàn)6種ZmPIFs基因的表達(dá)對6種植物激素響應(yīng)各不相同,說明ZmPIFs與GAs、ABA、BRs、JA、生長素及乙烯多種激素信號相關(guān)聯(lián),推測PIFs是整合植物生長發(fā)育外部信號與內(nèi)部信號的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。6個ZmPIFs的表達(dá)均受PEG模擬的干旱脅迫誘導(dǎo),為了進(jìn)一步驗(yàn)證PIFs轉(zhuǎn)錄因子的耐旱性及耐鹽性功能,本研究分別構(gòu)建了ZmPIF1、ZmPIF3、AtPIF1、AtPIF3的表達(dá)載體,通過蘸花侵染的方式轉(zhuǎn)化擬南芥,經(jīng)過抗性篩選,獲得T3代純系。PCR及qRT-PCR結(jié)果表明基因已經(jīng)整合入擬南芥的基因組中,并在轉(zhuǎn)錄水平得到表達(dá)。通過擬南芥pif1及pif3突變體的雜交獲得PIF1及PIF3雙突變。對野生型、PIFi、PIF3的過表達(dá)和突變體以及pif1pif3雙突變體進(jìn)行蒸騰表型的觀察發(fā)現(xiàn),突變體的蒸騰速率明顯低于野生型,而PIF1與PIF3過表達(dá)材料的蒸騰速率明顯高于野生型;同樣的結(jié)果也出現(xiàn)在ZmPIF1、ZmPIF3轉(zhuǎn)基因擬南芥中。為進(jìn)一步驗(yàn)證蒸騰速率的差別,測定了它們的離體葉片失水率,結(jié)果顯示,轉(zhuǎn)基因株系離體葉片失水率明顯低于野生型,而突變體的離體葉片失水率明顯高于野生型。因此PIFs能通過減少蒸騰來來達(dá)到節(jié)水耐旱的目的。以上研究結(jié)果揭示了 PIFs基因在非生物脅迫應(yīng)答中的作用,為進(jìn)一步建立PIFs基因參與的耐旱調(diào)控網(wǎng)絡(luò)模型奠定基礎(chǔ)。
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【學(xué)位授予單位】：揚(yáng)州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：Q943.2
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本文編號：2257454