角质层基因cer-ym的克隆及其在植物抗旱生态适应中的作用

角质层是植物为适应陆地生态系统而进化成的植物表面保水层，对植物抗旱具有重要意义。我们从克隆大麦抗旱敏感型角质层突变体cer-ym入手, 研究角质层抗旱生态适应的基因调控。精细定位cer-ym并克隆其候选基因，分析突变体基因在大麦不同器官中的表达规律，比较该基因对不同干旱胁迫的响应。同时，寻找突变体与野生型叶片角质层理化特性的差异，推断CER-YM基因的功能，探讨植物角质层在抗旱生态适应中的作用，理解角质层抗旱适应的分子调控，为角质层基因在农作物抗旱改良中的应用提供理论基础和基因资源。

植物角质层是植物地上各器官表皮细胞壁外侧的脂质疏水结构，是植物与其环境的生态界面，保护植物免遭生物及非生物胁迫。本项目对大麦角质层突变体cer-ym开展了理化特性分析及其图位克隆研究，找出了cer-ym突变体叶片失水过快的原因，揭示了Cer-ym基因在叶片保水抗旱中的作用机理。突变体叶片角质单体减少，角质层变薄，致使叶片保水能力下降。cer-zv×cer-ym、 cer-zv×cer-yl和cer-ym×cer-yl三个杂交组合F1植株表型与突变体表型一致，证明了这三个突变体为等位基因突变体。cer-ym被定位于AK248269和AK248405之间（0.043 cM），cer-zv定位于AK248269和K04424之间（0.028 cM）。目标基因区域在大麦4H染色体着丝粒附近，遗传重组率极低，继续用图位克隆的方法分离目标基因，几乎不可能。.对突变体cer-zv.342和野生型Foma进行RNA序列分析。cer-ym/cer-zv/cer-yl区间内的所有基因在cer-zv.342找到相对应的Unigenes，排除与野生型没有差异的Unigenes，得到16条有突变位点的 unigenes。其中有两条与角质层形成相关,一是GDSL家族基因，另一个是ABC转运蛋白家族基因。通过对cer-ym/cer-zv/cer-yl其他等位突变体（cer-yl.187, cer-ym.753， cer-ym.130，cer-yl.188，cer-yl.821，cer-zv.268，cer-yl.407）的基因序列分析，证明GDSL家族基因就是cer-ym/cer-zv/cer-yl的突变基因，我们命名该基因为HvGDSL1。.HvGDSL1基因在叶片的伸长区表达量最高，说明该基因参与角质网的合成。应用蛋白免疫染色法，确定了HvGDSL1蛋白分布于叶片伸长区表皮细胞外的角质层中，在叶片的其他部位没有发现荧光信号，在突变体的叶片伸长区也无信号。这一结果与表达结果一致，进一步证明了该基因参与叶片角质层的合成。这是在单子叶植物中克隆到的与角质层形成相关的第一个GDSL基因，在农作物叶片角质层胞外合成方面有研究价值，对农作物耐逆性研究有参考价值。本项研究中的创新方法—遗传作图与RNA-seq相结合的方法—对图位克隆新基因，特别是位于着丝粒区域的基因，有很好的借鉴作用。