小黑麦TwNAC01基因克隆与功能分析

【作者】 王萌； 任丽彤； 凌悦铭； 谷海涛； 艾尼瓦尔江； 李召锋； 孔广超；

【机构】 石河子大学农学院/新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点实验室； 石河子大学化学化工学院；

【摘要】 NAC是一类调控植物发育、衰老、生物与非生物逆境以及在激素反应方面具有重要作用的转录因子。本研究以六倍体小黑麦为材料,在RNA-seq基础上,结合RACE与RT-PCR技术克隆出一条长1059bp小黑麦NAC基因,命名为TwNAC01（GenBank登录号:MG736919）。生物信息学分析表明,该基因与小麦（TaNAC20）及三羊草（AtNAC92）NAC基因氨基酸序列相似性达95%以上,其预测蛋白与小麦、三羊草、硬粒小麦、大麦蛋白亲缘关系最近。在干旱胁迫下,小黑麦TwNAC01基因在根、茎、叶以及籽粒部位表达量均较对照相比呈现明显上升趋势,其中在根和籽粒中较对照相比表达极显著,茎和叶中表达量较根和籽粒中不显著,但均较对照显著升高。经过胁迫处理,从基因表达数据来看TwNAC01基因受PEG6000、NaCl、低温、MeJA、ABA胁迫上调表达,且根中表达量显著高于叶中,经ABA、MeJA、PEG6000处理12h和24h后表达量达到最高,经NaCl和低温处理1h后表达量出现最高。亚细胞定位在细胞核中。在干旱胁迫下,TwNAC01基因在转TwNAC01基因拟南芥根部的表达量显著高于叶部,表达量均显著高于野生型及转空载体拟南芥。转TwNAC01基因拟南芥植株叶片在干旱胁迫下失水率较转空载体和野生型拟南芥降低,其电导率、H202和MDA含量较转空载体及野生型株系显著降低,但叶片含水量在转TwNAC01基因株系与较转空载体及野生型株系间差异不显著,而转TwNAC01基因拟南芥根系长度分别是野生型和转空载体拟南芥根系长度的1.5倍和1.2倍。沉默该基因的小黑麦中,该基因的表达量显著下调,其主根长更短,叶片H₂O₂和MDA的含量都有显著的增加,叶片含水量降低,叶片的净光合速率、气孔导度、胞间CO₂浓度及其蒸腾速率都随着干旱胁迫的加剧呈逐渐下降的趋势。可见,TwNAC01基因在植物根部优势表达,促进了植物根系的伸长,调节植物叶片气孔的开度,缓解植物对逆境的胁迫。本研究对于理解小黑麦的抗旱分子机制提供了重要依据,也为小黑麦抗旱育种奠定了分子基础。更多还原