小麦TaGAPC1基因及其启动子的克隆与功能分析

甘油醛-3-磷酸脱氢酶(glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase, GAPDH)是糖酵解过程中的关键酶。作为GAPDH的亚型,GAPC(cytosolic glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase)催化3-磷酸甘油醛氧化生成1,3-二磷酸甘油酸,但是关于GAPC在非生物胁迫应答中作用的研究却并不充分。本研究从中国春小麦(Triticum aestivum)中克隆出了TaGAPC1基因(GenBank No. KU246046),其编码337个氨基酸,并克隆出基因上游973 bp的序列,将其命名为P973。通过融合绿色荧光蛋白(green fluorescent protein,GFP)报告基因,使用基因枪法瞬时转化洋葱(Allium cepa)表皮细胞进行亚细胞定位,结果显示TaGAPC1蛋白定位于细胞膜上。使用实时荧光定量PCR(quantitative real-time PCR, qRT-PCR)技术,分析TaGAPC1基因在根、茎、叶中,以及干旱(PEG8000)、盐(NaCl)、脱落酸(abscisic acid, ABA)和低温(4℃)非生物胁迫下的表达模式。结果表明TaGAPC1基因在叶、根、茎中的表达量依次下降,在PEG8000、NaCl和ABA胁迫下的表达量显著上升,但对4℃的响应不明显。根据PLACE (http://www.dna.affrc.go.jp/PLACE/)和PlantCARE (http://bioinformatics.psb.ugent.be/webtools/plantcare/html/)数据库分析,P973启动子序列中包含响应干旱、ABA、低温和创伤等胁迫的顺式作用元件,如干旱应答元件(drought-responsive element,DRE)、激素应答元件包括ABA应答元件(ABA-responsive element, ABRE)、MYB结合位点(MYB-binding site, MBS)和WUN-motif等。根据顺式作用元件的分布,扩增得到5个启动子5'端缺失片段,分别命名为P844、P738、P605、P475和P256。构建6条启动子序列融合β-葡萄糖苷酸酶基因(β-glucuronidase, GUS)的表达载体,并瞬时转化烟草(Nicotiana batacum)植株,测定PEG8000、NaCl、ABA和4℃胁迫下各启动子驱动的GUS酶活。结果表明,-973~-605启动子区域在TaGAPC1基因应答PEG8000和NaCl胁迫中具有关键作用,-973~-475启动子区域对应答ABA胁迫至关重要。本研究从分子水平初步阐释了TaGAPC1与非生物胁迫应答的关系,为深入探讨其抗逆的分子机制奠定了基础。