小麦bZIP基因TaGBF调节光形态建成与抗逆的作用机制研究
【摘要】植物作为固着生物,在漫长的进化过程中发展了复杂的响应系统以适应多变的内、外环境信号。光是植物生长发育过程中最重要的环境因子之一。光信号被植物光受体接收,经过一系列光信号元件的转导,调控光诱导基因的表达,最终引起植物的光形态建成。除了光信号,油菜素内酯(BR)作为一种重要的植物内源激素,在调节光形态建成中同样发挥关键作用。光信号转导途径和油菜素内酯信号转导途径的交叉正成为当前研究的热点。盐、旱等非生物胁迫是影响植物生长发育的另一类重要环境刺激。植物通过ABA依赖和ABA非依赖信号途径响应非生物胁迫。一些光信号元件,如CRY1,HY5也参与植物对非生物胁迫的应答。本实验室通过体细胞杂交,选育了高产、耐盐小麦新品种山融3号(SR3)。在对其耐盐机理进行抑制性消减杂交(SSH)和基因芯片分析后,克隆了参与盐胁迫应答的小麦基因TaGBF及其可能的互作蛋白基因TaCKB并进行功能鉴定。本论文发现TaGBF整合了光、油菜素内酯、非生物胁迫信号转导途径,是植物生长发育调控的关键节点；初步证明TaCKB可以与TaGBF互作,参与调控植物抗逆与发育。论文开展了以下工作：1)分析了TaGBF的组织特异性表达及光响应表达模式,研究了过表达TaGBF对拟南芥光形态建成和气孔发育的影响,确定了TaGBF在蓝光信号转导途径中的遗传位置,检测了TaGBF与光信号转导途径关键蛋白的相互作用关系。2)分析了油菜素内酯对TaGBF表达及生物学功能的影响,研究了过表达TaGBF对油菜素内酯响应的影响,确定了TaGBF与油菜素内酯信号转导途径关键作用因子BZR1的遗传关系,检测了TaGBF与油菜素内酯信号转导途径关键蛋白的相互作用关系。3)分析了TaGBF在非生物胁迫下的表达模式,构建了TaGBF小麦过表达系、RNAi干扰系,研究了TaGBF过表达小麦、过表达拟南芥在非生物胁迫下的表型,检测了非生物胁迫响应Marker基因的表达变化,探讨了TaGBF可能参与的非生物胁迫相关的信号途径。4)克隆了TaGBF潜在互作蛋白小麦酪蛋白激酶2调节亚基基因TaCKB,分析了TaCKB的组织特异性表达和非生物胁迫响应表达模式,进行了亚细胞定位,研究了TaCKB过表达拟南芥在盐处理下的表型和开花时间,探讨了TaCKB可能参与的调节种子萌发的途径,初步验证了TaCKB和TaGBF的互作关系。主要研究结果包括：1TaGBF在植物光信号转导途径中的功能研究TaGBF属于植物bZIP家族G组基因,在小麦的根、茎、叶、花中的表达量较高。小麦中TaGBF的表达受到蓝光诱导。过表达TaGBF促进了蓝光下拟南芥的光形态建成,表现为下胚轴长度显著缩短,子叶面积显著增大。同时TaGBF显著增加了蓝光下拟南芥子叶的气孔密度,促进了子叶气孔发育。遗传学实验显示,在拟南芥中TaGBF在CRY1下游发挥生物学功能。酵母双杂交的结果显示,TaGBF与光信号转导途径的关键抑制因子AtCOP1之间存在相互作用,而与bZIP转录因子AtHY5之间则不存在相互作用。以上结果表明,TaGBF是CRY1下游,蓝光信号转导的正向调控因子。2TaGBF介导拟南芥蓝光信号与油菜素内酯信号转导途径的交叉在拟南芥中,激活油菜素内酯信号转导途径可以诱导AtGBF的表达。在小麦中,施加外源油菜素内酯同样可以诱导TaGBF的表达。表明GBF响应油菜素内酯信号。蓝光下,TaGBF过表达系的下胚轴长度较野生型显著缩短,外源施加油菜素内酯后过表达系下胚轴伸长,表明过表达系中TaGBF介导的蓝光信号转导途径与油菜素内酯信号转导途径在光形态建成的调控中功能是拮抗的。过表达TaGBF导致蓝光下拟南芥对油菜素内酯及其抑制剂的响应发生改变。在黑暗中,TaGBF过表达系的下胚轴对油菜素内酯的抑制剂超敏感。TaGBF过表达系中,油菜素内酯响应基因的表达显著下调。遗传学实验显示,bzrl-1D可以部分抑制蓝光下TaGBF过表达系下胚轴的缩短,证明过表达系中TaGBF介导的蓝光信号与油菜素内酯信号转导途径在光形态建成的调控中功能是拮抗的。Bzrl-1D能够部分抑制TaGBF过表达系对油菜素内酯抑制剂的响应。通过以上实验,我们发现TaGBF作为节点整合了蓝光信号转导途径和油菜素内酯信号转导途径,提出了两条途径相互作用和动态平衡的模型。3TaGBF在非生物胁迫应答中的功能研究在小麦中,TaGBF的表达受到盐胁迫、渗透胁迫等非生物胁迫的诱导。我们构建了TaGBF的小麦过表达系、RNAi干扰系。表型分析显示,盐胁迫下,野生型小麦叶尖出现轻度萎蔫,叶片呈现绿色；TaGBF过表达小麦叶片显著萎蔫,叶片变黄,根长较野生型小麦显著缩短,表明TaGBF提高小麦对盐胁迫的敏感性。这是首次在小麦中证明蓝光信号元件参与非生物胁迫应答。在拟南芥中,过表达TaGBF导致拟南芥种子在盐胁迫、渗透胁迫下萌发率降低,萌发后子叶不能变绿。表明TaGBF提高了拟南芥对盐胁迫的敏感性。在TaGBF拟南芥过表达系中,ABA依赖途径的AtMYC2较野生型显著下调,AtAB15显著上调,表明TaGBF可能通过ABA依赖途径提高拟南芥对非生物胁迫的敏感性。4TaCKB的克隆及其在非生物胁迫应答中的功能研究在小麦中,酪蛋白激酶2的β亚基基因TaCKB的表达受到盐胁迫诱导,该蛋白是TaGBF潜在的互作蛋白,我们从小麦中首次中克隆了该基因,进行了初步的功能分析。酵母双杂交实验显示,TaCKB与TaGBF之间存在相互作用。TaCKB过表达拟南芥在种子萌发阶段表现出对盐胁迫的耐受性。TaCKB在萌发阶段表现出对GA抑制剂PAC的抗性,在ABA处理下与野生型拟南芥的萌发率没有显著性差异,所以TaCKB对拟南芥种子萌发的调控可能直接依赖于GA信号途径。种子的萌发依赖于GA和ABA的平衡,TaCKB与TaGBF如何通过互作调控胁迫下的种子萌发有待进一步研究。
【作者】孙扬；
【导师】夏光敏；
【作者基本信息】山东大学，细胞生物学，2014，博士
【关键词】小麦渐渗系SR3；TaGBF；TaCKB；光信号；光形态建成；油菜素内酯；非生物胁迫；ABA信号途径；节点；GA信号途径；
【参考文献】
[1]朱晓冬.基于聚类算法的T-S模糊神经网络模型的研究[D].哈尔滨理工大学,2003.
[2]王苏彧.悬臂式掘进机记忆截割及自动截割控制方法研究[D].中国矿业大学（北京）,机械电子工程,2014,博士.
[3]刘仕队.中国对非援助问题研究—动因、经验与对策[D].贵州财经大学,国际贸易学,2013,硕士.
[4]郭自豪.一种适合营级以下单位使用的AES算法的FPGA实现[D].西安电子科技大学,计算机应用技术,2012,硕士.
[5]冯志友,张策,杨廷力.基于单开链单元的并联气液动连杆机构运动分析[J].农业机械学报.2006(03)
[6]郝冬宁.基于并行的分布式处理及在渲染中的应用[D].江苏科技大学,计算机软件与理论,2013,硕士.
[7]王宁.山西森林生态系统碳密度分配格局及碳储量研究[D].北京林业大学,生态环境工程,2014,博士.
[8]王磊.激光熔覆带宽度实时检测与控制研究[D].湖南大学,车辆工程,2012,硕士.
[9]邵光祥.NLOS环境下单站定位算法的研究[D].兰州理工大学,通信与信息系统,2014,硕士.
[10]杨磊.旋转叶片振动采集系统的研究与设计[D].长安大学,机械工程（专业学位）,2013,硕士.
[11]欧阳红.基于灰色系统理论的喀什地区国内旅游市场研究[D].新疆大学,旅游管理,2013,硕士.
[12]尹海欣.混沌系统的控制与同步理论研究[D].燕山大学,控制理论与控制工程,2003,硕士.
[13]吴卫军.布林佐胺液晶纳米粒眼用制剂的研究[D].南京医科大学,药剂学,2013,硕士.
[14]崔林丽.遥感影像解译特征的综合分析与评价[D].中国科学院研究生院（遥感应用研究所）,2005.
[15]蔡捷.我国体育用品业并购效应的财务分析[D].山东大学,体育人文社会学,2013,硕士.
[16]金春枝.当代大学生道德人格培育研究[D].湖南师范大学,思想政治教育,2013,硕士.
[17]邵健.TD-LTE系统下行链路增强型多天线关键技术研究[D].西安科技大学,通信与信息系统,2014,硕士.
[18]张飞云,彭小晖,李长福.软件可靠性测试充分性工程技术研究[J].质量与可靠性.2003(05)
[19]高蓟田.四溴双酚A的毒性及降解的实验研究[D].燕山大学,环境工程,2014,硕士.
[20]赵园园.荧光分光光度计光机结构设计[D].天津理工大学,光学工程,2013,硕士.
[21]余映.勇敢的闯头—论《五号屠场》中的创伤与愈合[D].上海外国语大学,英语语言文学,2012,硕士.
[22]吴琼.芳烃钌(Ⅱ)配合物的微波辅助合成及其抗肿瘤作用机制[D].广东药学院,药物化学,2013,硕士.
[23]石进辉.联合动态无功补偿装置在风电场中的应用研究[D].兰州理工大学,电力系统及其自动化,2013,硕士.
[24]阎静.鄂州牌子锣的传承调查与保护研究[D].华中师范大学,农村与区域发展,2014,硕士.
[25]钟晓.当代高中生荣辱观教育研究[D].湖南师范大学,学科教学（专业学位）,2013,硕士.
[26]蒋炼,贺振华,黄德济,文晓涛.南海礁滩相储层油水识别方法研究与应用[J].石油地球物理勘探,2010,05:725-730+792+621.
[27]吴海燕.青海国税系统信息门户后台管理系统的设计与实现[D].厦门大学,软件工程,2014,硕士.
[28]何勇,张艳超.农用无人机现状与发展趋势[J].现代农机,2014,01:1-5.
[29]谢如薇.湖南基层检察机关诉讼档案管理研究[D].安徽大学,档案学,2014,硕士.
[30]张菁.基于纤维素的高性能材料制备[D].复旦大学,2012.
[31]史鹏忠.非晶态稀土铝合金制备与性能研究[D].内蒙古科技大学,材料学,2014,硕士.
[32]沈陈镱.量子算法的设计研究及应用[D].华东交通大学,计算机应用技术,2014,硕士.
[33]全然,简金宝,郑海艳.基于外逼近方法的中期机组组合问题[J].电力系统自动化,2009,11:24-28+103.
[34]姚同斌.群桩-承台下土共同工作的原位试验研究[D].太原理工大学,岩土工程,2004,硕士.
[35]李泉.新型露酒的开发与研制[D].中国农业大学,食品科学,2004,硕士.
[36]黄祥丰.三倍体毛白杨纸浆林几种地力提升技术研究[D].北京林业大学,森林培育,2013,硕士.
[37]李晓丽.山西煤炭上市公司资产结构与盈利能力相关性的研究[D].山西财经大学,会计学,2014,硕士.
[38]叶骏,闵勇,闵睿,梁旭,李国杰.基于时序分析的数字物理混合仿真技术(二)收敛性与准确性分析[J].电力系统自动化,2012,14:17-22.
[39]苏辛一,何光宇,张雪敏,连鸿波,张王俊,尹文君.配电网无功优化逐层筛选寻优算法[J].电力系统自动化,2010,21:40-45.
[40]孙娟.当代法国城郊贫民街区年轻人语言研究[D].上海外国语大学,法语语言文学,2013,硕士.
[41]汤兆星.宽带低成本模拟光收发模块设计与光载无线系统应用[D].北京邮电大学,通信与信息系统,2013,硕士.
[42]王丽萍.恒频—调频蝙蝠下丘神经元在补偿靶物回声多普勒频移中的功能研究[D].华中师范大学,动物学,2013,硕士.
[43]王艳辉,李晓虎,常锐,臧建兵.金刚石微粉表面镀覆对线锯的关键作用分析[J].金刚石与磨料磨具工程,2013,03:26-30.
[44]许毓海.提高尾砂充填利用率技术研究[J].有色金属(矿山部分).2003(06)
[45]邢晶晶.电信增值业务的商业模式研究[D].武汉大学,2004.
[46]白云.山西省神经管缺损高发区危险因素病例对照研究[D].山西医科大学,流行病学,2002,硕士.
[47]杨茜雯,吴迪,彭海琳,谢芹,刘忠范.电化学方法制备石墨烯光电检测器[A].中国化学会.中国化学会第28届学术年会第4分会场摘要集[C].中国化学会:,2012:1.
[48]蒋谷芬.白芷祛斑霜治疗黄褐斑的临床研究[D].湖南中医药大学,中医皮肤性病学,2013,硕士.
[49]胡蘅芬.氧化苦参碱对人胃癌SGC-7901细胞HGC-1表达的影响及调控机制研究[D].南华大学,内科学,2012,硕士.
[50]肖超.网购消费者的心智模型研究[D].西南交通大学,企业管理,2013,硕士.
