【摘 要】
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干旱是影响世界农业生产的主要非生物胁迫之一。长期生存在逆境下的植物经过漫长的适应过程,进化出了十分独特的抗逆机制,蕴含着丰富的抗逆基因资源。本课题组前期对西北荒漠区多浆旱生植物霸王（Zygophyllum xanthoxylum）进行了大量研究,主要集中在离子转运等生理及相关功能基因方面,但在转录调控方面的研究相对较少。通过分析霸王转录组数据发现,转录因子CL9880.Contig2All的表达水
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干旱是影响世界农业生产的主要非生物胁迫之一。长期生存在逆境下的植物经过漫长的适应过程,进化出了十分独特的抗逆机制,蕴含着丰富的抗逆基因资源。本课题组前期对西北荒漠区多浆旱生植物霸王（Zygophyllum xanthoxylum）进行了大量研究,主要集中在离子转运等生理及相关功能基因方面,但在转录调控方面的研究相对较少。通过分析霸王转录组数据发现,转录因子CL9880.Contig2All的表达水平在盐和渗透处理下显著上调,表明该基因可能参与到霸王响应盐和渗透胁迫过程中。基于此,我们克隆了该基因,序列比对发现其与拟南芥中AtWRKY29同源性最高,将其命名为ZxWRKY29。而关于AtWRKY29的研究主要集中在生物胁迫方面,且与干旱胁迫相关的研究尚未见公开报道。因此,我们进一步对WRKY29在植物响应干旱胁迫过程中的功能和作用机理进行了研究。本论文取得以下主要结果:1.表达模式分析发现,霸王根和叶中ZxWRKY29的表达量均受-0.5 MPa渗透胁迫及50 mM NaCl显著诱导上调,且在根中的表达情况与6 h处理后的表达谱数据一致。对拟南芥Col-0和ZxWRKY29超表达植株进行自然干旱和150 mM NaCl处理,结果表明ZxWRKY29超表达增强了拟南芥的耐盐抗旱能力。2.对拟南芥AtWRKY29进行表达模式分析发现,该基因受渗透胁迫和盐胁迫显著诱导。为进一步研究其功能,我们订购了两个wrky29 T-DNA插入缺失突变体株系wrky29-1和wrky29-2,通过鉴定获得纯合突变体;同时构建获得了该基因超表达的纯合株系,并以AtWRKY29表达量居中的OE5和表达量较高的OE7为材料进行后续研究。3.以Col-0、wrky29-1、wrky29-2、OE5、OE7等5种株系为实验材料,正常培养至4周龄时,表型观察发现,wrky29-1、wrky29-2两个突变体株系的株型显著大于Col-0,且叶色较浅;而OE5、OE7两个超表达株系的株型明显小于Col-0,叶色深绿。对正常培养至3周龄的植株自然干旱处理14 d后,发现两个突变体植株的萎蔫程度大于野生型,而两个超表达株系无明显萎蔫。通过对叶绿素a、叶绿素b、净光合速率、水分利用效率、叶片相对含水量、植株存活率及地上部干鲜重等测定发现,在正常条件下,除地上部干鲜重与各植株株型表现一致外,各株系其他生理指标均无显著差异。而与正常条件下相比,干旱胁迫处理下各株系的生理指标均发生了明显下降,但wrky29-1和wrky29-2两个突变体的相应指标显著低于Col-0,而OE5和OE7植株明显高于野生型。以上结果表明AtWRKY29在拟南芥响应干旱胁迫过程中发挥正调节作用。4.通过对Col-0、wrky29、OE5进行转录组测序,两两比较分析发现wrky29/Col-0组共有1399个差异表达基因,其中1330个下调基因,69个上调基因;OE5/Col-0组共有449个差异表达基因,其中379个为下调基因,70个基因为上调基因;OE5/wrky29组共有496个差异表达基因,其中51个为下调基因,445个为上调基因。通过GO聚类分析,差异表达基因主要富集在细胞过程、代谢途径、响应刺激及信号转导等过程。通过对差异表达基因KEGG Pathway显著性富集分析发现,AtWRKY29基因缺失和超表达引起的差异表达基因主要集中在代谢途径、次生代谢物代谢途径及黄酮类物质合成途径。黄酮类物质含量、叶片H2O2 DAB染色、活性氧产生速率、光合参数及相对质膜透性等生理指标分析结果表明AtWRKY29能够显著增加黄酮类物质的合成与积累,从而减缓植物细胞内活性氧的积累,防止叶绿素等被氧化破坏并保护细胞膜系统的完整性,以此帮助植物抵御干旱胁迫。本研究阐明了转录因子WRKY29在植物抗旱过程中的功能,并为草类植物抗逆基因工程育种提供了理论基础。
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