小麦耐旱WRKY转录因子的筛选和功能分析

Wheat (Tritivum aestivum L.) is one of the most important crops in the world. With the population growth and economic development, the requirement for wheat increases quickly. However, about thirty-two percent of wheat field is suffering for drought stress in developing countries and this situation become more and more severity. Drought has became the main factor affecting wheat production. So, it would be great significance to make drought tolerance researches in wheat. WRKY transcription factor family is one of the main transcription factor families in plant. They take part in the processes responding to abiotic and biotic stress, particular in salt and drought stress. In this study, we deeply excavate the full-length WRKY transcription factors through comprehensive analyzing Triticum urartu genome, Aegilops tauschii genome and the nucleotide data of wheat. The drought-related WRKY transcription factors were selected through bioinformatics and molecular biology analysis and their functions were further analyzed through transgenosis technology to get the drought tolerance genes. It will make a firm foundation for further study the molecular function of WRKY transcription factors and molecular breeding enhancing drought tolerance in wheat.

小麦是世界上最主要粮食作物之一，随着人口增长和经济的快速发展，人们对小麦的需求不断增加。然而在发展中国家中，将近32%小麦种植区遭受不同程度的干旱胁迫，并且仍在随环境恶化而加剧，干旱已成为影响小麦生产的主要因素。因此，开展小麦耐旱研究具有重要意义。WRKY转录因子是植物中最大的转录因子家族之一，参与到调节植物对各种非生物胁迫和生物胁迫的应答途径之中，尤其在植物耐盐、抗旱方面发挥重要作用。本研究通过综合分析乌拉尔图小麦、山羊草基因组和小麦现有核酸数据，深入挖掘小麦全长WRKY转录因子，并通过生物信息学和分子生物学分析获得抗旱WRKY转录因子进行转基因功能验证，筛选出耐旱效果显著的小麦WRKY转录因子，为进一步开展小麦WRKY转录因子的功能分析和耐旱分子育种打下基础。

WRKY转录因子是一类重要的基因家族，可在转录水平通过调控相关基因的表达翻译，参与植物对非生物胁迫的应答调控。本研究立足六倍体栽培种小麦基因组数据库共筛选获得123条与六倍体小麦全长WRKY转录因子序列。TaWRKY146被发现在渗透胁迫下小麦组织中的表达量显著升高。TaWRKY146的过表达植株能显著提高植物的抗旱性。.1 以乌拉尔图和山羊草的WRKY转录因子为参考，通过Blast序列比对分析，获得818条小麦WRKY相似序列。将这些相似序列经SMART和PFAM平台分析，最终获得123条具有全长开放阅读框的小麦WRKY转录因子。将这些序列与拟南芥和水稻的抗非生物胁迫WRKY转录因子进行Blast比对分析，挑选获得18条与非生物胁迫相关度较高的小麦WRKY转录因子。.2 应用所获得的六倍体小麦WRKY保守结构域序列构建无根进化树。分析发现所有WRKY转录因子被分为三个家族，其中家族Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ分别包含有26、72、25条WRKY基因。WRKY转录因子在小麦的染色体中分布广泛、不均匀。A、D、B染色体组间复制序列较多。.3 对18条抗非生物胁迫相关WRKY转录因子做荧光定量分析，研究发现不同小麦WRKY转录因子在根叶中的表达模式具有组织差异性。.4 ABA和过氧化氢处理下，Traes_7DL_A9EF00572在小麦幼苗的根叶中都上调表达。Traes_7DL_A9EF00572被命名为TaWRKY146。结果显示TaWRKY146依赖ABA信号转导途径发挥作用。.5 克隆TaWRKY146全长序列，测序发现TaWRKY146具有1个WRKY结构域，C2HC型锌指结构，属于WRKY转录因子家族的第Ⅲ家族。定量分析数据表明TaWRKY146在小麦抗非生物胁迫的响应过程中发挥重要作用。.6 对TaWRKY146转录因子的过表达拟南芥株系进行胁迫试验。结果表明，干旱胁迫下过表达植株的MDA含量显著低于野生型，脯氨酸和可溶性糖含量显著高于野生型，表明TaWRKY146过表达株系拟南芥在干旱条件下通过调节酶活等保护性物质以稳定细胞内环境，降低干旱对植物的伤害。.7 干旱三周后，测量过表达植株与野生型植株的气孔导度、蒸腾速率。数据表明干旱条件下过表达植株能显著通过降低气孔导度，降低蒸腾速率来减少水分散失，以降低干旱对植物的伤害。