小麦不同亚型脱水蛋白WZY1-2、WZY2的干旱应答机制及其功能研究

The stress-induced proteins play an important role in protecting structure of the cells losing water and sensitive biological molecules, and participate in signal transduction, gene expression and regulation in stress. A large number of literature and our recent studies show that wheat expresses dehydrins in stress. At present, it is not clear how upstream regulatory mechanism and function of dehydrins work. The promoters of WZY1-2 and WZY2 were cloned from wheat zhengyin-1 in water stress. RNAi-WZY2 transgenic wheat is obtained, and mRNA molecules were screened from the different trans criptome expression profile in transgenic wheats. Based on research above, the further study will focus on stress response mechanism of different hypotype of dehydrins WZY1-2 and WZY2in wheat, reveal the function of regulation factors and relationship between WZY1-2, WZY2 proteins’ conformation and drought, screen molecular chaperones interacted with dehydrins WZY1-2 and WZY2, and verify WZY1-2 and WZY2 expression's contribution at different development stages of the wheat in drought stress. The completion of the project will have theoretical significance in the function and mechanism of wheat protein induced in stress.

逆境诱导蛋白对保护植物失水细胞结构以及逆境敏感生物分子起到重要作用，对参与逆境胁迫的信号转导和基因表达，起到调控作用。大量文献和我们近期研究表明，小麦遭受逆境胁迫会表达大量脱水蛋白，但其上游的调控机制和脱水蛋白功能尚不完全清楚。我们已经克隆到水分胁迫下郑引1号小麦脱水蛋白1-2（WZY1-2）、WZY2基因的启动子，获得RNAi-wzy2转基因小麦，从其转录组的差异表达谱中筛选出一些mRNA，并对其作用进行了初探。本课题在此基础上，深入研究小麦不同亚型脱水蛋白WZY1-2、WZY2的逆境应答机制。揭示小麦WZY1-2、WZY2基因启动子的相关逆境调控因子；解析WZY1-2和WZY2蛋白构象与干旱的关系；筛选鉴定WZY1-2和WZY2的互作蛋白；探明WZY1-2、WZY2表达对小麦不同生育期干旱胁迫的贡献。该项目的完成对于阐明小麦逆境诱导相关蛋白的功能和机理具有重要的理论意义。

小麦是重要的粮食作物，其生长过程常伴随着非生物胁迫（干旱、温度和土壤重金属超标等）的影响。小麦遭受干旱胁迫能够诱导脱水蛋白表达，其对保护细胞结构、生物大分子和调控参与逆境胁迫起到重要作用。深入探究小麦脱水素基因功能，并解析其上游的调控机制，对提高小麦的抗逆性及产量具有重要意义。.随着小麦全基因组的公布，结合我们从郑引1号小麦测得的转录组和蛋白组数据，构建了小麦干旱胁迫下转录组学和蛋白质组学文库，鉴定到179个TaLEA基因家族成员，其中有50个脱水素；鉴定TaLEA基因启动子具有多种与植物激素响应相关的顺式作用元件。还鉴定到大量与植物胁迫响应相关的顺式作用元件。.对wzy1-2基因启动子研究表明，该序列中含有真核生物RNA聚合酶Ⅱ识别和转录起始相关基本元件，还包括响应环境信号相关的顺式作用元件，ABA响应元件，低温响应元件，茉莉酸甲酯响应元件，赤霉素响应元件等四种类型。.酵母单杂交和EMSA实验发现转录因子TabHLH49能够结合小麦脱水蛋白WZY2的启动子，并能正向调控WZY2基因的表达。该因子定位于细胞核，C末端的氨基酸序列（323-362）对于TabHLH49的转录活性是必需的。干旱胁迫下TabHLH49能够降低小麦叶片中MDA含量，并提高其相对水含量和叶绿素含。.通过对脱水蛋白WZY2关键片段的缺失，获得其纯化蛋白，采用圆二色谱（CD）和核磁共振（NMR）分析其截短蛋白结构，研究表明WZY2全蛋白和K片段的功能具有紧密的关系，WZY2蛋白的无规则结构转变为螺旋结构与小麦逆境相关。.对陕合6号(干旱耐受型)和郑引1号(干旱敏感型)，在4个生长时期（苗期、分蘖期、拔节期和开花期）的干旱和复水处理，RT-PCR以及Western blot分析表明，不同生育期干旱响应基因和蛋白表达量不同，虽然开花期耐旱基因表达低于其它3个生育期，但对小麦产量影响较大，而苗期和分蘖期干旱相关基因变化大，对小麦的产量影响较小。发表论文14篇，其中SCI收录10篇，培养研究生13人，博士5人，硕士生7人。