泛素是一种高度保守的小分子球状蛋白,广泛存在于真核生物中。泛素26S蛋白酶体途径与植物的非生物胁迫响应密切相关,而泛素作为泛素26S蛋白酶体系统中的一员起着极其重要的作用。本实验室前期研究表明,小麦泛素基因Ta-Ub2在双子叶植物烟草的逆境胁迫过程中起重要作用,且该基因的表达加快了烟草的发育进程。本研究在克隆了小麦泛素基因Ta-Ub2的基础上,构建了Ta-Ub2基因的组成型和胁迫诱导型表达载体,转化单子叶模式植物短柄草,获得了过量表达和胁迫诱导表达泛素的转基因短柄草株系多个。利用转基因株系,研究了Ta-Ub2在单子叶植物短柄草生长发育及逆境耐性中的作用,分析了Ta-Ub2提高转基因短柄草非生物胁迫耐性的生理生化及分子机制。其主要结果和结论如下:(1)QRT-PCR分析结果表明,Ta-Ub2在小麦的根、茎、叶中均有表达,并且叶中的表达量最高,而根茎中的表达量最少。Ta-Ub2的表达受PEG、Na Cl和4?C冷胁迫的诱导上调。(2)通过基因组PCR及q RT-PCR检测鉴定,获得了不同表达水平的组成型和胁迫诱导型过表达小麦泛素基因Ta-Ub2的转基因短柄草植株。泛素蛋白丰度检测结果表明,正常条件下,转基因和野生型株系中泛素蛋白丰度没有明显差异,但干旱处理后,转基因植株体内多聚泛素蛋白丰度高于野生型,而泛素单体蛋白仍无明显差异。(3)在正常生长条件下,组成型过表达小麦泛素基因Ta-Ub2的转基因植株与野生型相比生长迟缓,前期株高较低,后期趋于相同,且千粒重下降。而诱导型转基因植株与野生型无明显差异。(4)组成型过量与诱导表达Ta-Ub2不仅提高转基因短柄草的干旱胁迫耐性,也提高了其盐胁迫和低温胁迫耐性。与野生型相比,干旱胁迫下,转基因短柄草具有较高的存活率、较高的相对含水量、较低的水分散失速率以及较高的生物量。同时,转基因短柄草的可溶性糖和脯氨酸含量较高,渗透势较低。这说明Ta-Ub2的过表达可以促进渗透调节物质的积累,降低渗透势,进而在一定程度上缓解由干旱胁迫造成的水分流失,促进植物体内的水分保持,提高植物的干旱耐性。(5)干旱胁迫下,转基因短柄草中H2O2含量以及O2·-产生速率均低于野生型,并且转基因短柄草中蛋白羰基化水平以及MDA含量也低于野生型。同时,转基因植株抗氧化酶活性水平总体较高。这些结果表明,Ta-Ub2的过表达提高了转基因植株的活性氧清除能力,降低了氧化胁迫对细胞造成的伤害。(6)检测了转基因植株中某些抗性相关基因的表达,包括抗氧化相关基因和胁迫相关转录因子基因。结果发现大部分被检测基因的表达量在转基因植株中的表达水平较野生型高。综上所述,在单子叶模式植物短柄草中过表达与诱导表达Ta-Ub2基因改变了转基因植株的生长发育表型,且与双子叶模式植物烟草中的表型不一致。过量表达与诱导表达该基因均提高了转基因短柄草的胁迫耐性,这与转基因烟草的结果一致。在生理生化水平上,转基因短柄草抗逆性的提高与细胞水分状况的维持以及抗氧化能力的提高有关。在分子水平上,Ta-Ub2参与了转基因植株中胁迫相关基因的表达调控。