谷子中SiSNARE基因家族的鉴定及其在干旱胁迫下功能的初步研究

摘要

SNARE（solubleN-ethylmaleimide-sensitivefactorattachmentprotein-receptors）蛋白是一种高度保守的小分子膜转运蛋白，通过在膜融合过程中形成复合体，参与植物生长发育及生物与非生物胁迫响应的过程。谷子（Setariaitalica）是一种广泛种植于亚洲的作物，具有耐旱耐盐性，且基因组较小，有望成为研究C4模式植物。本文基于拟南芥和水稻的SNARE基因序列在谷子中鉴定出52个SiSNARE基因，根据系统发育分析将其分为不同的亚家族，包括：15个Qa-SNARE，10个Qb-SNARE，9个Qc-SNARE，3个Qb+c-SNARE，15个R-SNARE。大多数SiSNARE蛋白由121-402个氨基酸组成，相对分子质量在120.3-113.2KDa之间。RNA-seq数据显示一些SiSNARE基因具有组织特异性，且不同SiSNARE基因启动子区含有不同响应生物与非生物胁迫元件，说明SiSNARE基因家族在植物的生长发育及胁迫响应过程中发挥着重要的作用。　　在干旱胁迫下，“晋谷21”抗旱性优于“陇谷16”，通过qRT-PCR对干旱胁迫后两种谷子中SiSNARE表达量进行检测后发现，15个SiSNARE基因在两种谷子中表达量均上调，而3个SiSNARE基因下降。另有13个基因在两种谷子中的转录水平不同，其中，SiSYP131、SiNPSN12、SiSEC20a、SiYKT61、SiUSE11和SiVAMP725只在“晋谷21”中呈上调的趋势。由于“晋谷21”的抗旱性优于“陇谷16”，这种差异性变化表明这些基因可能对谷子干旱胁迫有积极的作用。本实验成功将SiSYP131、SiNPSN12、SiSEC20a以及SiVAMP725异源表达入拟南芥中，获得T1代植株，未来将获得T2和T3代植株并进一步做表型分析。这些结果均为谷子SiSNARE基因相关的抗旱研究奠定基础。　　为了从膜转运的角度分析SiSNARE蛋白在植物抗性中的功能，通过酵母mbSUS研究了SiSNARE蛋白之间以及SNARE蛋白与钾离子通道的互作关系。结果显示SiSYP121ΔC与SiVAMPs、SiSNAPs之间存在选择性互作，且谷子中SiSNAP29、SiSNAP33、SiVAMP721与SiKATs（SiKAT1、SiKAT2）存在互作。此外，为了进一步研究谷子SiSNARE蛋白对钾通道的调控，成功开发了一种在钾吸收缺陷酵母中共表达钾通道蛋白与调控蛋白，测定对钾通道钾吸收功能影响的筛选系统。

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