摘要
小麦（Triticum aestivumL.）是世界上最重要的粮食作物之一。小麦在生长发育过程中经常受到各种逆境胁迫，特别是盐胁迫。泛素/26S蛋白酶体系统（UPS）是植物中最重要的蛋白质周转系统。该系统主要由泛素活化酶（E1）、泛素结合酶（E2）、泛素连接酶（E3）、26S蛋白酶体和泛素组成。研究发现UPS参与许多生物学过程，包括信号转导、细胞周期和逆境胁迫响应等。 本实验室前期从小麦中克隆了U-box型E3连接酶基因，命名为TaPUB1。为深入研究该基因在小麦盐胁迫耐性中的功能，本研究中我们转化了小麦，获得了过表达和沉默TaPUB1转基因小麦株系。鉴定了转基因小麦株系的耐盐性，并分析了其生理及分子机制。主要结果如下： （1）通过PCR和qRT-PCR检测分析，对转基因小麦进行筛选鉴定，选择两个过表达株系（TaPUB1-OE3和TaPUB1-OE6）和两个沉默株系（TaPUB1-RNAi1和TaPUB1-RNAi5）进行后续实验。 （2）对不同生育年龄的转基因小麦进行盐胁迫处理，结果发现，与野生型（WT）相比，过表达TaPUB1的小麦株系在盐胁迫下生长抑制程度低，幼根和幼叶生长快。而沉默株系则相反。与WT相比，盐胁迫下过表达株系成苗的光合能力更强，沉默株系光合能力相对较弱。结果表明TaPUB1基因在小麦的耐盐性方面起正调控作用，过表达该基因可以提高小麦的耐盐性。 （3）从离子毒害方面分析了转基因和WT小麦的Na+，K+离子积累以及离子在膜内外的流动情况。结果表明，盐胁迫下，过表达株系的Na+含量较WT低，而K+含量较WT高，进而导致过表达小麦的Na+/K+较WT低，而沉默小麦株系的Na+/K+较WT高。随后检测了细胞膜内外Na+、K+和H+动态流动，发现过表达TaPUB1能促进小麦细胞的Na+外流和减少K+外流，这与TaPUB1能够调节小麦细胞中低Na+高K+的结果相对应。 （4）从生理生化和分子水平分析了转基因小麦的耐盐性机制。结果发现与WT相比，盐胁迫下过表达小麦中ROS含量低于WT，沉默株系中ROS含量高于WT；过表达小麦株系中MDA含量以及电解质外渗率量也低于WT，而沉默株系的MDA含量以及电解质外渗率量与过表达恰恰相反。在盐胁迫下过表达植株的多种抗氧化酶活性高于WT，而沉默株系则相反。这些结果表明在盐胁迫下TaPUB1可能通过提高抗氧化酶的活性来减少ROS的积累，减轻氧化胁迫，从而提高小麦的耐盐性。 （5）检测了转基因植株中某些盐胁迫抗性相关、离子转运相关和ROS清除相关基因的表达。结果发现大部分被检测基因的表达量在过表达株系中上调表达。这可能是过表达该基因提高小麦耐盐性的重要机制之一。 （6）通过酵母双杂筛库，我们得到一个与TaPUB1在核中互作的蛋白TaMP，该基因编码α甘露糖苷酶。将此基因在短柄草中过表达，结果发现转基因短柄草表现出对盐胁迫敏感的表型。表明TaMP基因能够负调控短柄草的耐盐性。 根据以上结果得出，TaPUB1调节小麦盐胁迫耐性可能有以下通路：在生理生化方面上，TaPUB1可能通过诱导离子转运体的活性，调节细胞内Na+、K+和H+在细胞内外的流动，在盐胁迫下维持较低的细胞质Na+/K+比。同时，TaPUB1还可以通过增加抗氧化酶活性，降低盐胁迫下细胞ROS水平，减轻氧化胁迫，进而增强小麦耐盐性。在分子水平上，TaPUB1可能在细胞核中与某些转录相关蛋白互作，进而影响盐胁迫相关基因的表达。TaMP是小麦盐胁迫反应的负调节因子，而TaPUB1在细胞核中与TaMP相互作用。
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