普通小麦Ta14S基因A、B、D同源序列的克隆及表达特性

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14-3-3蛋白是一类广泛存在于真核生物中高度保守的调控蛋白,参与一系列信号转导和调控过程,在植物逆境胁迫应答中起着重要的作用。本研究通过RACE技术克隆了小麦Ta14S三个部分同源基因的全长,利用中国春缺体-四体材料进行了染色体定位,分析了Ta14S的三个部分同源基因的时空表达模式和在PEG模拟干旱胁迫下的表达特性,用拟南芥原生质体瞬时表达对Ta14S进行了亚细胞定位,构建了Ta14S过量表达和RNAi抑制表达载体并用农杆菌介导法转入水稻并得到了转基因植株,主要研究结果如下:1.Ta14S三个部分同源基因的分离及染色体定位采用RT-PCR结合RACE技术克隆了Ta14S三个部分同源基因的cDNA全长。序列分析显示,Ta14S-1、Ta14S-2和Ta14S-3的cDNA全长分别为1287 bp、1254 bp和1177 bp。ORF均为792 bp,在编码区有26个核苷酸差异,均为点突变。三个部分同源基因的5’UTR分别为189 bp、153 bp和75 bp;3’UTR分别为306 bp、315 bp和315 bp。相对于Ta14S-1,Ta14S-2在5’UTR有一段45 bp的缺失和一段9 bp的插入,Ta14S-3在5’UTR有一段22 bp和一段92 bp的缺失;在3’UTR区Ta14S-1、Ta14S-2和Ta14S-3分别包含3个、4个和5个TGG重复;利用PCR技术,从小麦基因组中克隆了三个同源基因的全长序列,通过与cDNA序列比较发现,Ta14S-1、Ta14S-2和Ta14S-3基因的结构相似,均由5个外显子和4个内含子组成。Ta14S-2和Ta14S-3的第3个内含子均为1148 bp,Ta14S-1的为926 bp,其它内含子相对保守。根据三个部分同源基因的3’UTR区设计特异引物,用一套中国春缺体-四体系进行PCR扩增表明,Ta14S基因定位于小麦第2条染色体上,由此将Ta14S三个部分同源基因分别命名为Ta14S-2A、Ta14S-2B和Ta14S-2D。2.Ta14S的三个部分同源基因的氨基酸序列分析经对Ta14S-2A、Ta14S-2B和Ta14S-2D的氨基酸序列比对结果显示,Ta14S-2A、Ta14S-2B和Ta14S-2D蛋白氨基酸序列差异位点在第241位和257位,在这两个位点Ta14S-2A分别为甘氨酸(gly G)和天冬酰氨(asn N),Ta14S-2B分别为天冬氨酸(asp D)和组氨酸(his H),Ta14S-2D分别为天冬氨酸(asp D)和天冬酰氨(asn N)。系统进化树分析显示,Ta14S-2A、Ta14S-2B和Ta14S-2D与大麦Hv14A蛋白亲缘关系最近,都属于non-epsilion型14-3-3蛋白。3.Ta14S的三个部分同源基因的表达特性利用荧光定量RT-PCR方法分析了Ta14S的三个部分同源基因在小麦生长发育不同时期组织与PEG模拟干旱胁迫下根系和叶片中的表达模式。结果显示,在所有被检的组织中均检测到Ta14S-2A、Ta14S-2B和Ta14S-2D基因的转录,但表达水平存在明显差异。表现为Ta14S的三个部分同源基因均在萌发1 d的初生根中表达量最高,而在成熟种子的胚中表达量最低。在PEG模拟干旱胁迫下,Ta14S的三个部分同源基因在小麦叶片中的表达水平明显高于在小麦根系中的。耐旱品种‘洛旱2号’中Ta14S的三个部分同源基因都在胁迫12 h内显著上调表达,而不耐旱品种‘中国春’中整体上表现下调趋势。4.Ta14S蛋白的亚细胞定位利用GFP荧光蛋白共定位技术研究了Ta14S-2B蛋白的亚细胞定位,构建了Ta14S-2B基因与GFP的融合表达载体,并在PEG介导下转化拟南芥原生质体,通过瞬时表达来分析Ta14S-2B亚细胞定位情况。激光共聚焦显微镜观察表明:荧光信号主要分布在细胞膜和与叶绿体自发荧光区域无重叠的细胞质中,推测Ta14S-2B蛋白定位在细胞膜和细胞质中,但不存在于叶绿体中。5.Ta14S过表达和RNAi抑制表达载体构建及转基因水稻的获得分别构建了Ta14S-2B过量表达和RNAi抑制表达植物转化载体,在此基础上,以农杆菌介导法将上述表达形式的Ta14S-2B基因,以及空载体导入水稻品种Kitaake中,分别获得了13个过量表达和13个RNAi抑制表达转基因株系。经对T1代植株的PCR检测,24株呈阳性,其中过量表达12株,RNAi抑制表达12株。6.RNAi抑制表达Ta14S转基因水稻的ABA敏感性试验通过对RNAi抑制表达转基因水稻种子萌发实验发现,与野生型对照相比,在加有ABA的培养基中生长时,转基因水稻发芽率显著低于对照,说明RNAi抑制表达Ta14S的转基因水稻增强了对ABA的敏感性。同时在3μM ABA的水稻水培营养液中处理结果显示,转基因幼苗长势明显弱于对照,说明转基因同样增强了水稻幼苗对ABA的敏感性。
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