摘要
花青素主要累积在紫粒小麦的种皮，在小麦对非生物胁迫及生物胁迫的耐受性及品质等方面有着重要的影响作用。大量研究表明花青素含量的累积可提高植物对非生物胁迫的抗性。目前关于花青素合成的通路较为清楚，许多转录因子参与了调控花青素的合成，如MYB转录因子、bHLH转录因子、WD40转录因子和bZIP转录因子等。为了了解MYB转录因子及ABI5转录因子对贵紫麦1号种皮中花青素积累的影响，本研究选取贵紫麦1号中MYB转录因子及ABI5转录因子进行研究。通过转录组数据和实时荧光定量数据选取了两个变化明显的转录因子（GzMYB-7D1和GzABI5-3A3）进行克隆及生物学信息分析。通过异源表达，进一步研究了GzMYB-7D1和GzABI5-3A3在烟草中的功能和GzMYB-7D1在水稻中的功能。研究结果如下： (1)利用生物学信息分析，分析GzMYB-7D1和GzABI5-3A3的蛋白质一级结构、二级结构、磷酸化位点和启动子顺式元件。通过构建系统进化树发现GzMYB-7D1与TaMYB7D、TaC1-D1-7DS、TaPpm1a、AetMYB7D-As60和AetMYB7D-As77同源，GzABI5-3A3与TaABI5D-SH-31、TaABI5D-SH-23和TaABI5D-SW-23同源。 (2)通过农杆菌介导法共获得6个GzMYB-7D1烟草过表达株系，对GzMYB-7D1烟草过表达株系T1代植株进行生理指标测定，发现较野生型GzMYB-7D1烟草过表达株系烟草叶片中的叶绿素含量显著升高，CAT活性显著高于野生型。对花青素合成相关结构基因、叶绿素合成相关基因及CAT相关基因表达量进行检测发现过表达株系中NtPAL、NtANS、NtCHI、NtF3H、NtHEMA和NtCAT表达量显著高于野生型。以上结果说明GzMYB-7D1参与调控烟草中的叶绿素和花青素合成。 (3)为鉴定GzMYB-7D1对烟草抗氧化能力的影响，本研究对GzMYB-7D1烟草过表达株系T1代植株进行了氧化处理。研究结果表明，氧化处理后GzMYB-7D1过表达株系叶片中叶绿素含量显著升高，CAT活性显著升高，而POD活性则在氧化处理后显著下降。对相关基因进行表达量分析，发现氧化处理后GzMYB-7D1表达量显著上调，NtPAL同样显著上调，而NtANS、NtCHI、NtF3H、NtHEMA和NtCHLH表达量变化不大但显著高于野生型，过氧化氢酶相关基因NtCAT表达量也显著高于野生型。以上结果说明GzMYB-7D1过表达可通过调控过氧化氢信号途径和花青素合成途径提高烟草对逆境胁迫的耐受力。 (4)通过农杆菌介导法将GzMYB-7D1转入水稻中华11中，借助实时荧光定量鉴定得到了18个水稻过表达株系。此外，本研究对水稻中GzMYB-7D1的同源基因OsMYB108进行敲除，对扩增片段进行测序后发现共获得了5株水稻敲除株系。对GzMYB-7D1过表达株系和OsMYB108敲除株系进行表型观察发现，与野生型相比过表达株系籽粒上有明显的花青素累积，而敲除株系与野生型相比无明显差异。对过表达水稻颖壳和胚乳中花青素进行测定发现，GzMYB-7D1过表达水稻中的花青素主要累积在颖壳中。以上结果说明GzMYB-7D1可正向调控水稻中的花青素累积。 (5)通过农杆菌介导法将GzABI5-3A3导入烟草中，通过GUS染色及PCR扩增进行验证，结果表明共获得了8株GzABI5-3A3过表达烟草。对T1代植株生理指标进行测定发现，GzABI5-3A3过表达烟草在旺长期时，其花青素含量略微高于野生型。此外NtCHS表达量显著高于野生型。以上结果说明GzABI5-3A3参与了烟草中花青素合成，但影响较小。 (6)为鉴定GzABI5-3A3对烟草在干旱胁迫下的影响，本研究对GzABI5-3A3过表达T1代植株进行了干旱处理。研究结果表明，干旱胁迫后，过表达烟草中的叶绿素含量显著上升，而花青素含量虽上升但无显著性差异。抗氧化酶（CAT、SOD、POD）活性显著上升，且显著高于野生型。对干旱相关基因进行表达量分析，发现NtP5CS、NtERD10C和NtNCED3表达量显著升高且显著高于野生型。以上结果表明GzABI5-3A3过表达可增强烟草的抗旱性。
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