[01736415]小麦PLD基因的克隆及其参与干旱胁迫应答途径的研究

小麦是我国第二大口粮作物,关乎国家粮食安全。而干旱灾害显著降低了小麦产量。鉴定抗旱基因,培育抗旱品种,是保障小麦产量的高效而经济的方式。植物的磷脂酶 （PLD） 是逆境激素ABA信号途径的组分, 在植物抗旱应答中发挥重要作用,但迄今在小麦中未见相关研究。鉴于此,本课题从小麦中克隆了磷脂酶D基因TaPLDα,并对其功能机制进行了解析。主要发现如下：小麦TaPLDα基因编码812个氨基酸,其蛋白质含有一个高度保守的C2结构域和两个HKD基序,这些结构与磷脂酶底物结合和酶解功能有关;基因表达分析结果表明,TaPLDα基因在小麦不同器官中都表达,在根中表达量略高;在脱落酸、干旱、高盐、高渗和茉莉酸处理下,1小时后该基因表达就有显著的提高,其中,在茉莉酸处理时提高13倍以上,而在ABA处理时,基因表达量提高20倍以上,表明其参与植物对这些逆境的应答;采用地塞米松可诱导的过表达系统,可高效诱导外源基因在拟南芥中的过量表达,该系统使TaPLDα基因的功能鉴定更加准确和可控;转基因拟南芥植株的抗逆性显著升高,与其膜离子渗透率低、离体叶片失水速率低、叶绿素含量更高等生理变化有关;在高浓度甘露醇处理下转基因植株根系更长,抗逆性更强;转基因种子对ABA更敏感,表明TaPLDα基因促进了植物种子对ABA的敏感性;在干旱处理下,转基因植株中的逆境相关基因RD29A、RD29B、KIN1 和RAB18的表达水平显著的高于野生型,表明TaPLDα基因通过调控这些基因的表达水平来提高抗逆性;本研究中还发明了植物气孔分析箱,可精确模拟植物体内生理生化状态,方便施加环境因子处理,从细胞水平直接监测植物保卫细胞的动态变化,是将环境模拟、处理施加和细胞检测为一体的生物分析系统。本研究深化了对TaPLDα基因作用机制的认识,发现了优异的抗逆相关小麦基因,有很好的学术和应用价值。本研究共发表科研论文7篇,其中SCI论文3篇,并获授权发明专利和实用新型专利各1项,申请专利2项。