论文部分内容阅读
磷脂酶C(PLC)是磷脂水解酶家族的重要成员,在调节植物生长、发育和应对胁迫中发挥重要作用。目前PLC基因在拟南芥、玉米、水稻等植物中已经进行过系统化分析。然而,在重要的粮食作物小麦中PLC基因并没有被系统地分析。在本研究中,我们鉴定了小麦、大麦和二穗短柄草的PLC基因家族,包括序列特征、保守结构域、染色体位置、系统发育关系、顺式作用元件、组织特异性表达以及在低温、干旱和盐等非生物胁迫下的表达模式。进一步利用水稻、拟南芥转基因材料解析了TaPI-PLC1-2B基因的生物学功能。主要结果如下:1、对小麦的TaPLC家族基因进行了全基因组分析。在小麦基因组中共鉴定出26个TaPLC基因,依据所携带的结构域的不同分为两个亚家族即TaPI-PLC和TaNPC。PI-PLC和NPC基因序列在小麦中具有较高的保守性和显著的差异性。此外,TaPLC基因在各自启动子中顺式调控元件的类型和数量不同,这与它们在特定组织和不同非生物胁迫下独特的表达模式一致。通过分析盐胁迫、干旱胁迫和低温胁迫下部分TaPLC基因家族成员的表达模式,发现TaPLC家族成员对三种非生物胁迫都有响应,尤其是对盐胁迫更加敏感。2、对二穗短柄草和大麦PLC家族进行全基因组分析,共鉴定出8个Bd PLC基因,11个Hv PLC基因,并将其分为Bd PI-PLC(Bd PI-PLC1-4)、Bd NPC(Bd NPC1-4)、Hv PI-PLC(Hv PI-PLC1-5)和Hv NPC(Hv NPC1-6)。Bd PLC和Hv PLC的基因序列在各组间存在显著差异,且高度保守。Bd PLC和Hv PLC在各自的基因启动子中顺式调控元件的类型和数量不同,这很好地解释了它们在不同非生物胁迫下独特的表达模式。在干旱、低温和盐胁迫下的表达谱显示,一些大麦和二穗短柄草PLC基因显著上调,说明它们在应对低温、高温、干旱和盐胁迫中发挥重要作用。3、研究发现TaPI-PLC1-2B基因的过表达在拟南芥和水稻中表达量都发现了明显的变化,提高了转基因水稻和拟南芥的抗旱性和耐盐性。转基因水稻转录组分析还发现TaPI-PLC1-2B基因的过表达在水稻中与干旱和盐胁迫相关的信号转导通路主要涉及磷酸肌醇信号系统、植物激素信号转导和MAPK信号通路。4、对TaPI-PLC1-2B基因启动子上游序列进行克隆,分析其所含有的顺式作用元件,并对其进行5’端缺失分析,鉴定出TaPI-PLC1-2B基因启动子具有启动活性和组织表达特异性,主要在根部表达,叶片未见其表达活性。