花花柴KcCBLs-KcCIPKs家族的蛋白互作与高温胁迫下的表达模式分析

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高温是沙漠植物所遭受的主要的非生物胁迫。花花柴(Karelinia capsica)作为沙漠植物的代表,具有着极强的耐高温、耐干旱和耐盐碱等抗逆性,是塔克拉玛干沙漠与农田过渡带防风固沙的先锋植物。在长期适应沙漠环境的进化过程中形成了极强的广谱抗逆性,在植物抗逆性研究方面具有较高价值。目前,有关花花柴的抗逆基因相关基因报道较少,因此发掘花花柴的抗逆相关基因,对培育适应干旱、极端温度及盐碱环境的农作物和提高塔里木盆地的土地利用效率具有重大意义。植物体内以Ca2+为主要信号应答手段的CBL-CIPK通路在响应非生物胁迫中具有重要作用。为了探索CBL-CIPK通路在花花柴体内的功能,本研究根据前期测定的花花柴常温-高温差异转录组数据,结合拟南芥等多个物种相关基因的c DNA序列,克隆并鉴定了参与高温胁迫响应的KcCBLs与KcCIPKs基因家族相关基因。并通过RT-PCR对花花柴高温胁迫条件下KcCBLs和KcCIPKs的表达量进行了分析,通过酵母双杂交实验进行蛋白互作分析。本文主要研究结果如下:(1)花花柴KcCBLs与KcCIPKs基因家族分析根据花花柴的转录组数据结合拟南芥等多个物种的相关基因的c DNA序列,本研究在花花柴的转录组中鉴定了参与高温响应的CBL家族的3个成员与CIPK家族的7个成员。本研究通过对花花柴(Karelinia caspica)、拟南芥(Arabidopsis thaliana)、向日葵(Helianthus annuus)、莴苣(Lactuca sativa)、棉花(Gossypium herbaceum)、大豆(Glycine max)、番茄(Solanum lycopersicum)、蒺藜苜蓿(Medicago truncatula)、水稻(Oryza sativa)和玉米(Zea mays)等物种进行基因结构分析,分析结果显示所鉴定KcCBLs和KcCIPKs在序列结构及进化过程中较为保守,值得进一步研究。(2)花花柴KcCBLs和KcCIPKs基因的半定量表达模式分析本研究采用半定量RT-PCR的方式检测了高温胁迫下KcCBLs和KcCIPKs的表达谱,研究结果显示高温胁迫下,KcCBLs和KcCIPKs在花花柴根、茎和叶器官的表达均明显提高。(3)花花柴KcCBLs-KcCIPKs蛋白互作验证本文通过对花花柴KcCBLs-KcCIPKs蛋白互作的研究,初步验证了KcCBL1蛋白可以和7种KcCIPKs蛋白都发生不同程度的互作,KcCBL2蛋白和KcCIPK5、KcCIPK6、KcCIPK7这3种KcCIPKs蛋白发生互作,KcCBL4蛋白可以与除KcCIPK9外的其他6种KcCIPKs蛋白产生互作。蛋白互作的实验验证KcCBL1、KcCBL2和KcCBL4可以和多个KcCIPKs互作。综上所述,本研究通过生物信息学分析发现,KcCBLs和KcCIPKs与其他植物CBLs和CIPKs功能域结构存在高度的保守性;本研究通过RT-PCR实验,证明了筛选的耐高温相关的KcCBLs和KcCIPKs基因能够响应高温胁迫,表达量显著上升;本研究通过酵母双杂交实验,初步验证了KcCBLs和KcCIPKs蛋白间的互作关系。KcCBLs和KcCIPKs参与高温胁迫的相关功能机制有待进一步研究。本研究为花花柴在高温胁迫下的分子响应机制提供了理论依据,为人工选育耐高温的本土化作物提供优质的基因参考。
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