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充足的水分条件对植物的生长发和育极为重要。水分亏缺不仅影响植物的地理分布、限制植物生长,还会威胁粮食安全。小麦(Triticum aestivum)是重要的粮食作物,其生长过程常伴随着逆境胁迫的影响。胚胎发育晚期丰富(Late embryogenesis abundant,LEA)蛋白是一类植物非生物胁迫相关蛋白,LEA蛋白广泛存在于植物的细胞质与细胞核中,响应多种非生物胁迫信号,能够在遭受非生物胁迫的植物细胞中大量积累并进行渗透调节,防止植物因过度失水而死亡。根据LEA蛋白保守结构域的差异,可将其分为7个亚族(即LEA1–7族)。LEA蛋白富含赖氨酸、组氨酸和甘氨酸,具有较强的亲水性和热稳定性,已有研究表明部分LEA蛋白属于固有无序蛋白(Intrinsically disordered proteins,IDPs)。为进一步探究LEA蛋白在植物干旱胁迫中的功能,本论文以小麦LEA2家族WZY2蛋白和LEA3家族WZY3-1蛋白为研究对象,对LEA蛋白在植物干旱胁迫中的功能进行了探讨。本研究在已获得小麦LEA2家族WZY2基因的RNA干扰(RNA interference,RNAi)转基因小麦(WZY2-RNAi)的基础上,对WZY2基因在聚乙二醇(Polyethylene glycol,PEG)模拟的干旱胁迫下的功能进行了初步验证,并通过转录组测序(RNA-Seq)技术,筛选获得干旱胁迫下WZY2-RNAi转基因小麦与野生型小麦的差异表达基因(Differentially expressed genes,DEGs)。此外,我们还利用核磁共振(Nuclear magnetic resonance,NMR)与圆二色谱(Circular dichroism,CD)技术测定了WZY2蛋白和LEA3家族WZY3-1蛋白在PEG、低温、高温以及金属离子处理下二级结构的变化。最后,通过分析干旱胁迫前后野生型“郑引1号”小麦的RNA-Seq数据,我们对“郑引1号”小麦中的干旱相关DEGs进行了聚类分析,并对其中新的LEA基因进行筛选与克隆,取得如下主要研究结果:(1)转基因小麦WZY2-RNAi在干旱胁迫下的表型和生理指标分析结果表明,干旱胁迫下转基因小麦叶片的相对含水量、叶绿素(Chlorophyll)含量、脯氨酸含量显著低于野生型植株,并且转基因植株中的超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD)和过氧化物酶(Peroxidase,POD)的活性低于野生型对照植株,而丙二醛(Malondialdehyde,MDA)的积累量却高于野生型对照植株,说明WZY2基因的沉默降低了小麦的干旱耐受能力。WZY2-RNAi小麦的RNA-Seq数据表明,干旱胁迫下的WZY2-RNAi小麦中存在1214个DEGs,其中427个上调基因,787个下调基因。DEGs的基因本体(Gene ontology,GO)功能富集分析表明,多数DEGs富集在GO的“响应非生物胁迫”和“光合作用”分类中。KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)通路分析表明,DEGs富集在77个KEGG分类中,其中在“光合作用”和“MAPK信号通路”分类中富集程度最为显著。根据这些结果,我们推测WZY2基因的沉默有可能影响WZY2-RNAi植株的光合系统,从而降低转基因小麦对干旱胁迫耐受能力。(2)我们利用NMR和CD技术,确认了LEA2家族WZY2蛋白和LEA3家族WZY3-1蛋白结构的无序程度,并进一步验证了这两种蛋白在非生物胁迫下蛋白构象的变化趋势。WZY2蛋白在水溶液中无序结构的比例超过60%,而PEG、高温、低温及金属离子处理会引起该蛋白质无序结构所占比例的下降。WZY2蛋白属于Yn SKn型LEA2蛋白(即同时具有Y、S和K三种保守片段),通过对比不同处理下WZY2截短体蛋白(缺失K片段的ΔK1、ΔK2、ΔK1ΔK2以及缺失Y和S片段的ΔYS蛋白)的CD光谱与CDPro软件计算结果,我们发现只有在K片段存在时,WZY2蛋白才会发生从无序结构向有序结构变化的现象,该结果表明K片段在WZY2蛋白从无序态向有序态转变的过程中发挥着重要的作用。LEA3家族WZY3-1蛋白的两亲性α-螺旋结构同样受到PEG、高温、低温和金属离子诱导,其构象变化特性与WZY2蛋白相似。(3)通过RNA-Seq技术,我们进一步探究了干旱胁迫下“郑引1号”小麦转录水平的变化,并对小麦中新的LEA2和LEA3基因进行挖掘。RNA-Seq结果表明,干旱胁迫下“郑引1号”小麦中一共存在5948个DEGs,其中2693个为上调基因,3255个为下调基因。干旱胁迫引起的DEGs主要参与GO注释的“叶绿体组成”、“代谢过程”、“光合作用/光吸收”,“非生物刺激响应”、“渗透胁迫响应”和“叶绿体类囊体”等分类中,同时这些DEGs在KEGG通路中“淀粉与蔗糖的代谢途径”、“过氧化物酶体”和“卟啉与叶绿素代谢”等分类中显著富集。我们将RNA-Seq数据中的新转录本(New transcripts)序列信息进行了同源比对和基序(Motif)识别,一共确认了15个新的LEA2和LEA3基因。在此基础上,我们克隆得到新的小麦LEA2家族的WZY2-2基因,q PCR和亚细胞定位实验结果表明,WZY2-2基因受到高温、低温和干旱胁迫诱导表达,并主要定位于细胞质中。