摘要
小麦（TriticumaestivumL.）属于世界三大粮食作物，也是我国的主粮作物。但小麦生长过程中经常受到低营养、高盐、干旱和热等非生物胁迫的威胁，严重影响了其产量。因此，提高小麦对各种非生物胁迫的抗性是保证小麦产量、保障粮食安全的关键。目前，作物抗逆性研究大多关注单一非生物胁迫抗性，而对多种非生物胁迫协同抗性关注较少。谷子（SetariaitalicaL.）起源于我国，耐旱耐瘠薄，抗逆性强。其基因组较小，注释信息完善，是富含优异抗逆基因的C4禾谷类模式植物，对作物抗逆分子育种具有重要意义。本实验室前期根据谷子低氮和干旱转录组测序结果鉴定出SiMYB1，并转化小麦品种冀5265，通过谷子自噬相关基因家族分析结果筛选出SiATG8a，并转化小麦品种冀5265、石366和石4056。本研究在此基础上分析了这两个基因的特性，筛选并鉴定了转基因小麦株系的抗逆性，为改良我国小麦主栽品种综合抗逆性提供了候选材料。主要研究结果如下： 1.SiMYB1基因特性。SiMYB1位于谷子6号染色体上，属于R2R3-MYB转录因子。SiMYB1基因组序列1870bp，开放阅读框1632bp，包括3个外显子和2个内含子，编码序列915bp，编码304个氨基酸。蛋白质分子量为33.45kDa，等电点为5.65，有2个SANT结构域。进化分析结果显示SiMYB1和拟南芥基因AtMYB20同源关系最近。表达特征分析结果显示，SiMYB1主要在叶中表达，受低氮、NaCl、PEG、热和ABA等胁迫诱导表达。 2.转SiMYB1基因小麦非生物胁迫抗性。T3代分子检测结果显示，3个过表达株系（OE-40、OE-56、OE-69）阳性率、SiMYB1基因表达量较高。室内非生物胁迫抗性鉴定结果显示，与受体冀5265相比，SiMYB1可以显著提高转基因小麦对低氮（0.2mmol/LN）、高盐（200mmol/LNaCl）、干旱（25%PEG6000）和热（38℃）等非生物胁迫的抗性。在胁迫条件下转基因株系的丙二醛、过氧化氢含量明显低于受体，而脯氨酸含量、过氧化氢酶、过氧化物酶、超氧化物歧化酶活性明显高于受体。低氮胁迫下，转基因株系株高、地上部鲜重、地上部干重、地上部硝态氮含量明显高于受体；高盐胁迫下，转基因株系相对电导率明显低于受体，株高、地上部鲜重、地上部干重明显高于受体；干旱胁迫下，转基因株系存活率显著高于受体，离体叶片失水率显著低于受体；热胁迫下，转基因株系存活率、株高、地上部鲜重、地上部干重显著高于受体，相对电导率显著低于受体。相关胁迫基因表达分析结果显示，硝酸盐转运相关基因（TaNRT2.1、TaNRT2.4、TaNRT2.5）、高盐胁迫相关基因（TaSOS1、TaHKT1、TaNHX1）、干旱胁迫相关基因（TaRD22、TaRD29A、TaCOR47）和热胁迫相关基因（TaHSP70、TaHSP90、TaHSA32）在转SiMYB1基因小麦中上调表达。 3.SiATG8a基因特性。SiATG8a位于谷子6号染色体上，基因组序列2743bp，开放阅读框1233bp，包括5个外显子和4个内含子，编码序列360bp，编码119个氨基酸。蛋白质分子量为13.73kDa，等电点为9.12。进化分析结果显示水稻基因OsATG8c和SiATG8a同源关系最近。表达特征分析结果显示，SiATG8a主要在茎中表达，受低氮胁迫诱导表达。 4.转SiATG8a基因小麦低氮胁迫抗性。T4代分子检测结果显示，农杆菌介导的3个过表达株系（OE-32、OE-34、OE-38）和基因枪介导的4个过表达株系（16SYJ67、16SYJ8、16SYJ9、16SYJ12）阳性率、SiATG8a基因表达量较高。低氮胁迫抗性鉴定结果显示，过表达SiATG8a可以显著提高转基因小麦对低氮胁迫的抗性。室内低氮条件下，与受体冀5265相比，转基因株系OE-32、OE-34、OE-38的丙二醛、过氧化氢含量明显低于受体，脯氨酸含量、过氧化氢酶、过氧化物酶、超氧化物歧化酶活性、株高、地上部鲜重、地上部干重、地上部硝态氮含量明显高于受体。田间低氮条件下，与受体相比，转基因株系16SYJ67、16SYJ8、16SYJ9、16SYJ12产量、穗数、叶绿素SPAD值和氮利用效率明显高于受体。相关胁迫基因表达分析结果证明，在转SiATG8a基因小麦中硝酸盐转运相关基因TaNRT2.1、TaNRT2.4、TaNRT2.5表达上调。 总之，SiMYB1可以显著提高转基因小麦对低氮、高盐、干旱和热等非生物胁迫的抗性；SiATG8a可以显著提高转基因小麦对低氮胁迫的抗性。这既为综合提高作物抗逆性提供了新的候选基因和材料，也为研究作物抗逆调控网络打下了基础。
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