非生物脅迫是小麥減產(chǎn)的重要原因,嚴(yán)重威脅著我國(guó)糧食安全。研究小麥耐逆的調(diào)控機(jī)制,發(fā)掘并利用具有耐逆作用的基因資源,對(duì)小麥遺傳改良具有重要意義。在擬南芥和水稻中研究已證明PYL家族基因是ABA信號(hào)通路的重要成員,能誘發(fā)一系列生理反應(yīng)參與抵御非生物脅迫,相關(guān)成員在小麥中的研究較少,目前只有3個(gè)成員參與逆境調(diào)節(jié)的報(bào)道。本文采用比較基因組學(xué)、關(guān)聯(lián)分析和分子生物學(xué)方法,在全基因組水平上鑒定了小麥PYL的家族成員,通過正選擇分析、基因表達(dá)和轉(zhuǎn)基因篩選重要功能成員;在此基礎(chǔ)上,尋找重要成員的優(yōu)異等位變異,并開發(fā)分子標(biāo)記,為小麥抗逆分子育種提供新基因和新標(biāo)記。主要研究結(jié)果如下:1.根據(jù)保守結(jié)構(gòu)域在小麥基因組中鑒定出27個(gè)PYLs,除了第5和第6同源群外,其余各同源群均有分布�；蚝偷鞍捉Y(jié)構(gòu)分析表明,除TaPYL1和TaPYL8外,剩余成員均無內(nèi)含子,且氨基酸序列高度保守。根據(jù)進(jìn)化關(guān)系可分為6個(gè)亞組,GroupA和GroupB中12個(gè)TaPYLs均檢測(cè)到快速進(jìn)化,ω值分別為0.349和0.321,GroupA中3個(gè)位點(diǎn)的后驗(yàn)概率P>0.99,經(jīng)歷了正選擇;TaPYLs啟動(dòng)子順式元件主要有4類,分別... 

【文章來源】：山西大學(xué)山西省

【文章頁數(shù)】：80 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

PYLs介導(dǎo)的ABA信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)模型(Hubbardetal.2010)

小麥TaPYL基因家族的分析及功能鑒定6響應(yīng)。脅迫條件下，EGR1/2/3通過使微管相關(guān)蛋白MASP1Ser670去磷酸化，打破生長(zhǎng)所必需的微管穩(wěn)態(tài)來抑制植物生長(zhǎng)。EGR1/2/3還通過抑制SnRK2的激酶活性，減少脯氨酸積累，進(jìn)而降低植物對(duì)干旱和寒冷脅迫的抗性[72-73]。可見，PP2Cs作為ABA信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的核心負(fù)調(diào)控因子，在抑制脅迫信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中具有重要作用。除在擬南芥中鑒定出80個(gè)PP2Cs外，在水稻和短柄草中也分別鑒定了78和86個(gè)PP2Cs[74-75]。由于小麥基因組的復(fù)雜性，人們對(duì)PP2Cs在小麥中的作用知之甚少。目前，小麥共鑒定出257個(gè)TaPP2C基因，分為13組(圖1.2)，A組8個(gè)TaPP2C基因均對(duì)干旱、鹽、ABA等脅迫有響應(yīng)，且能與TaSnRK2s相互作用[76]。擬南芥中DOG1基因誘導(dǎo)種子休眠，與擬南芥PP2Cs與DOG1互作不同，小麥中A組TaPP2C-a10與TaDOG1L1和TaDOG1L4互作促進(jìn)了轉(zhuǎn)基因擬南芥的種子萌發(fā)，降低其耐旱性[77]。此外，將小麥F組成員TaPP2C1異源轉(zhuǎn)入煙草中，能夠提高煙草的抗鹽能力[78]。上述報(bào)道證明PP2Cs參與小麥對(duì)逆境脅迫的響應(yīng)，且與擬南芥響應(yīng)逆境脅迫機(jī)制并不完全相同。因此，深入挖掘和研究小麥中PP2Cs家族成員及其功能，有助于闡明小麥ABA響應(yīng)逆境脅迫的相關(guān)機(jī)制，對(duì)于揭示小麥抗逆機(jī)理的意義重大。圖1.2小麥PP2C家族進(jìn)化樹(Yuetal.2019)Figure1.2PhylogenetictreeofPP2Csinwheat1.3.2蛋白磷酸激酶SnRK2s的研究蛋白質(zhì)的可逆磷酸化是逆境條件下信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的重要途徑，而蛋白質(zhì)的磷酸化是

小麥TaPYL基因家族的分析及功能鑒定8及抗逆機(jī)理研究尚未形成完整體系。圖1.3小麥SnRK2s的分類（Zhangetal，2016）Figure1.3ClassificationofwheatSnRK2s1.3.3ABA信號(hào)相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子的研究轉(zhuǎn)錄因子(transcriptionfactor)是一類能與順式因子特異性結(jié)合，對(duì)基因的表達(dá)起抑制或增強(qiáng)作用的蛋白質(zhì)分子，它們是植物信號(hào)網(wǎng)絡(luò)中重要的參與者。ABA應(yīng)答基因參與植物生長(zhǎng)發(fā)育和逆境脅迫響應(yīng)，其啟動(dòng)子中都含有響應(yīng)ABA的ABRE(ABAresponsiveelement,ABRE)順式作用元件[97]。近年來，利用酵母雙雜交和遺傳手段從擬南芥鑒定出了多個(gè)與ABRE順式作用元件結(jié)合互作的轉(zhuǎn)錄因子，包括ABI5和多個(gè)AREB/ABF轉(zhuǎn)錄因子[98]。其中ABF1主要參與低溫、ABA脅迫應(yīng)答反應(yīng)；ABF3主要受ABA、鹽堿、低溫、高溫、氧化脅迫誘導(dǎo)；ABF2/AREB1、ABF4/AREB2則主要參與ABA、干旱、鹽堿、高溫和氧化脅迫應(yīng)答反應(yīng)[99]。ABI5在擬南芥幼苗對(duì)ABA信號(hào)和脅迫反應(yīng)中起著關(guān)鍵調(diào)控作用[100]。進(jìn)一步研究表明，AREB/ABF等bZIP型轉(zhuǎn)錄因子是通過與ABRE元件結(jié)合調(diào)節(jié)擬南芥對(duì)ABA的敏感性和下游ABA應(yīng)答基因的表達(dá)，參與植物ABA信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路[101]。此外，LHY轉(zhuǎn)錄因子同樣能夠結(jié)合多個(gè)通路基因的啟動(dòng)子，促進(jìn)ABA響應(yīng)基因的表達(dá)，進(jìn)而增強(qiáng)擬南芥對(duì)干旱和滲透脅迫的耐受性，但降低了ABA對(duì)種子萌發(fā)和植株生長(zhǎng)的抑制作用[102]。水稻作為禾本科模式作物，ABA信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)也由一系列轉(zhuǎn)錄因子參與調(diào)控。水稻AREB1同源蛋白TRAB1可以被SnRK2蛋白激酶家族成員SAPK磷酸化，參與響應(yīng)ABA信號(hào)；OsABI5基因在ABA和高鹽度誘導(dǎo)下表達(dá)，互補(bǔ)分析發(fā)現(xiàn)，35S啟動(dòng)子驅(qū)動(dòng)OsABI5表達(dá)可以逆轉(zhuǎn)種子萌發(fā)過程中abi5-1的ABA不敏感性，導(dǎo)致對(duì)ABA超敏反應(yīng)。OsABI5過表達(dá)后能提高水稻對(duì)鹽脅迫的敏感性[103-104]；OsSAPK8、OsSAPK9和OsSAPK1


本文編號(hào)：2944605