小麦逆境胁迫相关基因TaC2DP1的克隆及表达分析

【目的】克隆与逆境胁迫相关的基因,并对其序列特征、进化关系和表达特性进行分析,探讨该基因在小麦抗逆调控过程中的生物学功能,为进一步解析植物的抗逆机制提供候选基因和理论依据。【方法】以c DNA芯片数据获得的水分胁迫诱导上调表达基因EST序列为探针,对小麦EST数据库进行搜索,筛选与探针同源性在97%以上的EST序列,通过电子克隆结合RT-PCR获得该基因c DNA全长,采用生物信息学软件分析比较克隆基因的保守结构域及序列特征;采用MEGA6.0软件构建该基因的系统进化树;将测序正确的该基因片段通过Eco RⅠ和HindⅢ限制性内切酶酶切连接至原核表达载体p MAL-c2X,重组质粒转化大肠杆菌BL21,经终浓度为0.3 mmol·L-1IPTG诱导1—5 h后,用SDS-PAGE分析融合蛋白的表达;采用实时荧光定量PCR(q RT-PCR)分析该基因在小麦不同组织间的表达差异及其在低温、干旱、高温和ABA处理下的表达模式。【结果】成功获得小麦c DNA全长序列,命名为Ta C2DP1。该基因序列全长为1 356 bp,包含一个1 209 bp的开放阅读框(ORF),5′端非编码区50 bp,3′端非编码区97 bp,编码402个氨基酸,推导编码蛋白质的预测分子量为43.41 k D,等电点为4.30,属于酸性蛋白,BLAST分析表明,该蛋白含有一个与钙离子结合的结构域,称为C2结构域(C2-domain)。多序列比对及进化树分析表明,Ta C2DP1与乌拉尔图小麦Tu C2亲缘关系最近,二者具有高度的同源性,其编码的氨基酸一致性达到91%;蛋白质结构预测分析显示Ta C2DP1无跨膜螺旋和双硫键,亚细胞定位于细胞质中;成功构建了该基因的原核表达载体p MAL-c2X-Ta C2DP1,在IPTG诱导下得到90 k D左右的蛋白,与理论值一致。通过实时荧光定量PCR进行Ta C2DP1表达分析,显示该基因在小麦的根、茎、叶、幼穗、未成熟籽粒、胚及胚乳中均有表达,其中在幼穗中表达量最高,在花后5 d籽粒中表达量最低。Ta C2DP1可被植物激素ABA诱导而上调表达;干旱胁迫过程中,Ta C2DP1受胁迫诱导呈稳定上调表达趋势;高温和低温胁迫过程中,Ta C2DP1均在胁迫后的0.5 h迅速诱导上调表达,分别为对照的21和17倍。推测该基因可能参与小麦ABA信号通路中对逆境胁迫的抗性反应。【结论】获得小麦Ta C2DP1的全长序列,其编码蛋白含有与钙离子结合的C2结构域;在低温、干旱、高温和ABA逆境胁迫下,Ta C2DP1属于依赖于ABA胁迫响应基因调控网络,可能在干旱、低温和热胁迫中发挥重要作用。

Cloning and Expression Analysis of A Stress-Related TaC2DP1 Gene from Wheat