小麦光敏色素基因家族的克隆、表达分析与功能研究

摘要

光是植物生长的重要环境因素，对植物的营养生长、生殖发育都有重要的影响，其通过一系列的信号途径最终导致相应生化现象，诸如气孔开闭、光呼吸、叶绿体运动、光合作用、光形态建成、植物生物钟等现象。光敏色素是植物体内一类重要的光受体，它们感知光质、强度、方向和周期性的变化，进而对植物生长和发育产生非常重要的影响。拟南芥光敏色素介导的光信号通路的研究已经相当透彻，但作物中有关光敏色素的研究相对较少。拟南芥光敏色素A（AtphyA）是远红光的主要受体，参与抑制下胚轴的伸长、促进子叶的开张和花青素积累，阻断持续远红光条件下的变绿。本试验通过RT-PCR技术克隆得到小麦的3个光敏色素A基因（TaPHYAs：TaPHYA1、TaPHYA2、TaPHYA3），对其基因结构和预测的蛋白质结构进行了分析；利用Real-time PCR技术对TaPHYA1、TaPHYA2和TaPHYA3在各种光质、黑暗到不同光质转换、长日照、短日照处理以及组织器官的特异表达模式进行了分析；通过转基因互补拟南芥phyA-211突变体，对它们的功能进行了初步研究。研究结果与结论如下：
　　1.普通小麦在染色体4AL、4BS和4DS上各携带1个PHYA基因，采用RT-PCR的方法对其进行了克隆，并将这3个基因分别命名为TaPHYA1、TaPHYA2和TaPHYA3。
　　2.小麦PHYA基因具有非常相似的结构，TaPHYA1和TaPHYA3的外显子（exon）和内含子（intron）位置和大小一致，TaPHYA2由于单核苷酸突变导致基因提前终止，但其第一个exon和第一个intron位置和其它两个PHYA基因也很一致。
　　3.TaphyAs蛋白均具有光敏色素的特征结构域，包括发色团结合区GAF（cGMP-stimulated phosphodiesterase）、PAS、组氨酸激酶相关区域HisKA（histidine kinase–related domain）等。3个小麦光敏色素A蛋白的结构域分布较一致，TaphyA2由于提前终止导致蛋白质结构域缺失HisKA domain和HATPase_c domain。
　　4.在不同光质、黑暗到不同光转换、长日照、短日照条件下TaPHYA1和TaPHYA2的转录表达模式更为相似，而异于TaPHYA3的表达，TaPHYA3的表达量明显高于TaPHYA1和TaPHYA2。
　　5.小麦幼穗中TaPHYAs的表达量明显高于根、茎、叶和鞘，且与TaPHYA1和TaPHYA2相比，TaPHYA3的表达量在幼穗中明显较低，但在根、茎、叶、鞘中较高。
　　6.在持续远红光条件（FRc）下TaPHYA1转基因不能互补拟南芥phyA-211突变体的表型，但在持续红光（Rc）、持续蓝光（Bc）和持续白光（WLc）条件下，TaPHYA1转基因却能导致拟南芥转基因株系的下胚轴缩短。

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中文摘要

1 文献综述

1.1 光形态建成与光受体

1.2 光敏色素结构

1.3 光敏色素功能

1.4 光敏色素与光信号途径

2 引言

3 材料与方法

3.1 试验材料

3.2 酶和试剂

3.3 菌株和载体

3.4 RNA提取及cDNA合成

3.5 TaPHYAs的克隆

3.6 TaPHYAs转基因拟南芥

3.7 TaPHYAs转基因小麦

3.8 TaPHYAs的Real-time PCR

4 结果与分析

4.1 普通六倍体小麦光敏色素A基因的克隆

4.2 TaPHYAs基因的结构分析

4.3 TaphyAs的功能结构域分析与进化分析

4.4 TaPHYAs的转录丰度对持续光处理的响应

4.5 TaPHYAs的转录丰度对黑暗到不同光质转换处理的响应

4.6 TaPHYAs的转录丰度对长日照处理的响应

4.7 TaPHYAs的转录丰度对短日照处理的响应

4.8 TaPHYAs在不同组织器官中的转录丰度分析

4.9 TaPHYA1转基因拟南芥功能验证

5 结论与讨论

5.1 结论

5.2 讨论

参考文献

英文摘要

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