東農(nóng)冬麥1號(hào) TabZIP1基因的生物信息學(xué)分析及低溫和ABA對(duì)其表達(dá)模式的影響

呂 巖，蒼 晶，盧秋巍，楊 寧，馮明芳，孟德義，劉增兵，彭瞰看，徐慶華，張 達(dá)，于 晶

(東北農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150030)

東農(nóng)冬麥1號(hào) TabZIP1基因的生物信息學(xué)分析及低溫和ABA對(duì)其表達(dá)模式的影響

呂 巖，蒼 晶，盧秋巍，楊 寧，馮明芳，孟德義，劉增兵，彭瞰看，徐慶華，張 達(dá)，于 晶

(東北農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150030)

為探討小麥中 TabZIP1應(yīng)答低溫脅迫及ABA調(diào)控信號(hào)的響應(yīng)機(jī)制，以強(qiáng)抗寒性冬小麥品種東農(nóng)冬麥1號(hào)(DN1)和弱抗寒性品種濟(jì)麥22(JM22)為材料，在大田自然降溫條件下，分別于5 ℃、0 ℃、-10 ℃、-25 ℃取樣葉片和分蘗節(jié)，通過(guò)RT-PCR分析 TabZIP1的表達(dá)模式，于不同溫度下探究ABA對(duì)DN1分蘗節(jié) TabZIP1表達(dá)模式的調(diào)控，并對(duì)其生物信息學(xué)進(jìn)行分析。結(jié)果表明， TabZIP1全長(zhǎng)1 167 bp，編碼388個(gè)氨基酸，其表達(dá)產(chǎn)物為疏水蛋白，定位于線粒體，無(wú)信號(hào)肽或跨膜結(jié)構(gòu)域； TabZIP1蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)為mixed型。DN1葉片和分蘗節(jié)中的 TabZIP1表達(dá)量均在-10 ℃時(shí)達(dá)到最高，且分蘗節(jié)中的表達(dá)量高于葉片；而JM22分蘗節(jié)中的 TabZIP1表達(dá)量在0 ℃時(shí)達(dá)到峰值，葉片中的表達(dá)量卻在-10 ℃達(dá)到最高。綜合分析，DN1分蘗節(jié)中的 TabZIP1表達(dá)量明顯高于JM22。ABA處理后，DN1分蘗節(jié)中 TabZIP1的表達(dá)量隨溫度的降低呈明顯升高趨勢(shì)，在-25 ℃時(shí)達(dá)到峰值。可見(jiàn)，ABA正調(diào)控 TabZIP1的表達(dá)，有助于提高冬小麥的抗寒性。

東農(nóng)冬麥1號(hào)；濟(jì)麥22；低溫脅迫；ABA； TabZIP1；表達(dá)模式

植物都有適宜的生長(zhǎng)溫度，溫度過(guò)高或過(guò)低都會(huì)影響其生長(zhǎng)發(fā)育，降低作物產(chǎn)量。轉(zhuǎn)錄因子(transcription factor,TF )可以與不同基因啟動(dòng)子區(qū)域的順式作用元件結(jié)合或者與其他轉(zhuǎn)錄因子家族的成員及調(diào)控蛋白相互作用，從而達(dá)到對(duì)生物體內(nèi)某些特定生理生化過(guò)程的調(diào)控[1]。

東農(nóng)冬麥1號(hào)是首例在黑龍江省安全越冬的強(qiáng)抗寒冬小麥品種。植物抗寒的生理生化反應(yīng)是由低溫改變基因的表達(dá)所引起，目前已經(jīng)克隆了許多抗寒相關(guān)基因。了解植物安全越冬的分子機(jī)制對(duì)提高其抵抗低溫的能力具有重要的作用，在生產(chǎn)實(shí)際中也具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。bZIP是植物中比較大的一類(lèi)轉(zhuǎn)錄因子家族，幾乎參與調(diào)控植物的所有生命現(xiàn)象，如抗逆[2]。bZIP(basic-region leucine zipper)的結(jié)構(gòu)域由堿性氨基酸域和亮氨酸拉鏈域組成，總長(zhǎng)度60～80個(gè)氨基酸[3]。堿性氨基酸區(qū)域位于bZIP結(jié)構(gòu)域的N 端，由18個(gè)富含堿性氨基酸(Rrg、Lys)、不變的 N-x7-R/K-x9基序組成；該區(qū)域負(fù)責(zé)與DNA順式作用元件結(jié)合，決定了DNA結(jié)合的特異性，并具有核定位信號(hào)序列；該區(qū)域相比于亮氨酸拉鏈區(qū)域更加保守。亮氨酸拉鏈區(qū)域一般由7個(gè)或9個(gè)氨基酸組成一個(gè)重復(fù)單位，每個(gè)重復(fù)單位的第7或第9位一般是亮氨酸，但也有其他一些疏水性氨基酸 (Ile、Val、Phe 或Met)。該區(qū)域二聚化使富含亮氨酸區(qū)域形成亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)，然后結(jié)合DNA區(qū)。bZIP結(jié)構(gòu)域的N端，也就是堿性區(qū)域負(fù)責(zé)與雙鏈 DNA的大溝結(jié)合，而C端(亮氨酸拉鏈域)通過(guò)二聚化介導(dǎo)形成α-超螺旋結(jié)構(gòu)，即亮氨酸拉鏈域[4-5]。在擬南芥和水稻中，與抗逆相關(guān)的bZIP轉(zhuǎn)錄因子的功能研究相對(duì)比較深入。目前，在模式植物擬南芥和水稻中已分別鑒定出127個(gè)和140個(gè)bZIP轉(zhuǎn)錄因子，六倍體小麥發(fā)現(xiàn)了102個(gè)bZIP轉(zhuǎn)錄因子[6]。小麥中與非生物脅迫相關(guān)的bZIP轉(zhuǎn)錄因子的研究相對(duì)較少，尤其是與低溫相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子研究有限，所以在冬小麥抗寒過(guò)程中，轉(zhuǎn)錄因子起到一個(gè)什么樣的作用，仍需深入研究。

小麥中與抗逆相關(guān)的bZIP轉(zhuǎn)錄因子基因( TabZIP)的轉(zhuǎn)錄水平表達(dá)受ABA、低溫、高鹽和機(jī)械傷害誘導(dǎo)，且參與條銹病菌的防衛(wèi)反應(yīng)[5]。相關(guān)文獻(xiàn)中的低溫脅迫一般為4 ℃左右，而在0 ℃以下低溫脅迫時(shí) TabZIP1的作用如何，尚未見(jiàn)報(bào)道。本研究對(duì)這方面進(jìn)行了探討，并對(duì)其進(jìn)行生物信息學(xué)預(yù)測(cè)分析，同時(shí)通過(guò)定量方法測(cè)定其在低溫下的相對(duì)表達(dá)水平，進(jìn)而探索轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控冬小麥抗寒性的機(jī)制。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗(yàn)在東北農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)田進(jìn)行，參試冬小麥為強(qiáng)抗寒性品種東農(nóng)冬麥1號(hào)和弱抗寒性品種濟(jì)麥22，于2015年9月7日播種，完全區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)，行長(zhǎng)2 m， 行距0.2 m，10行區(qū)。播種量450?！-2，播深5 cm，常規(guī)田間管理。

待麥苗長(zhǎng)至三葉期(2015年9月23日)時(shí)，對(duì)冬小麥葉片噴施10-5mol·L-1ABA(本課組前期試驗(yàn)得出大田試驗(yàn)的最適濃度)， 噴施量為4 m2·L-1，對(duì)照組噴施等量的蒸餾水。于大田自然降溫至5 ℃、0 ℃、-10 ℃和-25 ℃(連續(xù)10 d最低溫的平均值)時(shí)，分別取樣分蘗節(jié)和葉片，-80 ℃保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 生物信息學(xué)分析

編碼蛋白氨基酸序列的基本理化性質(zhì)由ExPASy-ProtParam tool軟件分析[7-8]；蛋白的保守結(jié)構(gòu)域由Consevered Domains 工具預(yù)測(cè)；二級(jí)結(jié)構(gòu)用SOPMA軟件進(jìn)行預(yù)測(cè)與分析；利用NCBI中的 Blastp 在線工具進(jìn)行其他物種的同源氨基酸序列搜索；利用Clustal X(version 2.0)和DNAMAN(version 8.0)進(jìn)行氨基酸序列同源比對(duì)[9]，用MEGA 6.0 軟件構(gòu)建系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù)[10]；利用TargetP 1.1 Server和ChloroP 1.1 Server預(yù)測(cè)蛋白的亞細(xì)胞定位。

1.2.2 RNA提取及cDNA合成

Trizol法提取葉片及分蘗節(jié)總RNA。cDNA第一鏈的合成參照反轉(zhuǎn)錄試劑盒(購(gòu)自TaKaRa公司)說(shuō)明書(shū)進(jìn)行。

1.2.3 RT-qPCR

根據(jù)已得到的 TabZIP1基因(GenBank登錄號(hào)FJ194457)序列設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)定量引物， TabZIP1轉(zhuǎn)錄因子基因的正向引物和反向引物分別為5′-TGGGAAGCAGTGAAGCAGAG-3′和5′-CCAC AGGAGAGGGAAAGAACC-3′。

實(shí)時(shí)熒光定量PCR反應(yīng)系統(tǒng)為Mx-3000p Real-Time PCR System。以小麥中的Actin為內(nèi)參基因，其擴(kuò)增引物序列為5′-CCTTAGTACCTTCCA ACAGATGT-3′和5′-CCAGACAACTCGCAACTT AGA-3′。熒光實(shí)時(shí)定量PCR(RT-qPCR)反應(yīng)體系為20 μL：SYBR○RPremix ExTaqTM II(2×) 10 μL，cDNA模板2 μL，正向及反向引物(10 μmol·L-1)各0.8 μL，ROX Reference Dye II (50×) 0.4 μL， ddH2O 6 μL。PCR反應(yīng)條件為95 ℃預(yù)變性30 s，95 ℃變性5 s，60 ℃退火34 s，40個(gè)循環(huán)。采取2-△△Ct法計(jì)算待測(cè)基因的相對(duì)表達(dá)量[11]，Ct值即為達(dá)到檢測(cè)閾值時(shí)的PCR循環(huán)數(shù)。3次生物學(xué)重復(fù)，數(shù)據(jù)顯著性分析采用SPSS軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 TabZIP1轉(zhuǎn)錄因子的生物學(xué)信息

2.1.1 TabZIP1的理化性質(zhì)

NCBI中檢索基因號(hào)(FJ194457)顯示， TabZIP1基因全長(zhǎng)1 167 bp，編碼388個(gè)氨基酸。ExPASy-ProtParam tool預(yù)測(cè)其表達(dá)蛋白的相對(duì)分子質(zhì)量為94 841.9 Da，理論等電點(diǎn)(pI)為5.03，是弱酸性蛋白；其不穩(wěn)定系數(shù)(instability index)為50.66，屬于不穩(wěn)定型蛋白質(zhì)(<40，蛋白穩(wěn)定)；脂肪族系數(shù)(aliphatic index)為 31.88，總平均親水系數(shù)(grand average of hydropathicity)為0.924(在2～-2范圍內(nèi)， 正值表明此蛋白為疏水蛋白， 負(fù)值表明為親水蛋白)，表明該蛋白是疏水蛋白。該蛋白由4種氨基酸組成，分子式為C3451H5737N1167O1403S275，其氨基酸所占比例分別為 31.9%(Ala)、23.6%(Cys)、24.4%(Gly)和20.1%(Thr)。保守結(jié)構(gòu)域預(yù)測(cè)顯示，該蛋白具有保守的BRLZ基序，保守區(qū)域從第291～第355個(gè)氨基酸，保守區(qū)域全長(zhǎng)65個(gè)氨基酸，屬于bZIP1家族。SignalP 4.1 Server表明，該蛋白無(wú)信號(hào)肽或跨膜結(jié)構(gòu)域，屬于非分泌性蛋白。

2.1.2 TabZIP1蛋白的二級(jí)結(jié)構(gòu)

利用SOPMA在線對(duì)TabZIP1蛋白進(jìn)行二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)，結(jié)果顯示，二級(jí)結(jié)構(gòu)中有α-螺旋(H)89個(gè)、延伸片段(E)37個(gè)、β轉(zhuǎn)角(T)15個(gè)和無(wú)規(guī)則卷曲(C)247個(gè)，分別占總蛋白的22.94%、9.54%、3.87%和63.66%。當(dāng)H>45%、E<5%時(shí)該蛋白結(jié)構(gòu)為all-alpha型；當(dāng)H<5%、E>45%時(shí)為all-beta型；當(dāng)H>30%、E>20%時(shí)為alpha-beta型；其他情況為mixed型。預(yù)測(cè)結(jié)果表明，TabZIP1蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)為mixed型。

2.1.3 TabZIP1蛋白多序列比對(duì)結(jié)果

利用NCBI中的Blastp在線工具進(jìn)行其他物種的同源氨基酸序列搜索，將TabZIP1與大麥(HvbZIP1)、水稻(OsZIP-1a)、短藥野生稻(ObHBP-1a-like)、玉米(ZmbZIPLOC100192709)、蘋(píng)果(MdbZIPLOC 103455650)的5個(gè)bZIP蛋白進(jìn)行多序列比對(duì)，結(jié)果表明，TabZIP1蛋白N端具有完整的堿性氨基酸序列特征結(jié)構(gòu)域，C端是典型的亮氨酸拉鏈域(圖1)。

2.1.4 進(jìn)化樹(shù)

利用MEGA 6.0軟件將小麥與玉米(Zeamays)、擬南芥(Arabidopsisthaliana)、煙草(Nicotianatabacum)、大麥(Hordeumvulgaresubsp.vulgare)、葡萄(Vitisvinifera)、二穗短柄草(Brachypodiumdistachyon)、水稻(Oryzasativa)、短藥野生稻(Oryzabrachyantha)、剛毛檉柳(Tamarixhispida)、蘋(píng)果(Malusdomestica)等其他物種的bZIP的堿基序列進(jìn)行系統(tǒng)發(fā)育分析(圖2)，結(jié)果表明，TabZIP1與HvbZIP1、BdHBP-1a-like、 ObHBP-1a-like、OsZIP-1a和ZmLOC100192709蛋白比較相近，即這些單子葉植物的bZIP聚類(lèi)關(guān)系較近，其中小麥與大麥聚到了一組，水稻與短藥野生稻聚到一組，而二穗短柄草在進(jìn)化上介于麥類(lèi)和水稻之間。在雙子葉植物中，擬南芥和煙草聚到了一組，而葡萄與其他幾種植物的聚類(lèi)關(guān)系最遠(yuǎn)。

2.1.5 TabZIP1蛋白的亞細(xì)胞定位預(yù)測(cè)

蛋白質(zhì)要參與正常的生命活動(dòng)，就必須處于特定的細(xì)胞區(qū)域。胞質(zhì)中合成的細(xì)胞器蛋白質(zhì)與胞質(zhì)蛋白質(zhì)一樣都由游離核糖體合成，隨后必須轉(zhuǎn)運(yùn)到特定的細(xì)胞器中。轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入線粒體及葉綠體中的許多蛋白質(zhì)都含有特定的導(dǎo)向序列(targeting sequence)，負(fù)責(zé)細(xì)胞器外膜對(duì)蛋白質(zhì)的識(shí)別。導(dǎo)向序列又稱轉(zhuǎn)運(yùn)肽(transit peptide)或?qū)щ?targeting peptide)，是蛋白質(zhì)N-端一段約20～80個(gè)氨基酸的肽鏈，富含帶正電荷的堿性氨基酸(Arg和Lys)和羥基氨基酸(Ser)，易形成α-螺旋結(jié)構(gòu)。以是否具有轉(zhuǎn)運(yùn)肽序列為特征，利用TargetP和ChloroP在線程序?qū)abZIP1蛋白預(yù)測(cè)結(jié)果顯示，TabZIP1定位于線粒體，具有mTP(mitochondrion chloroplast transit peptide，線粒體轉(zhuǎn)運(yùn)肽)。

①:TabZIPI;②:HvbZIPI;③:OsZIP-1a;④:BdHBP-1a-like;⑤:ZmbZIPLOC100192709;⑥:MdbZIPLOC103455650.

圖2 11種植物的bZIP分子進(jìn)化與系統(tǒng)樹(shù)

2.2 TabZIP1在不同組織中的表達(dá)模式分析

利用RT-PCR分析4個(gè)溫度下東農(nóng)冬麥1號(hào)和濟(jì)麥22分蘗節(jié)及葉片中 TabZIP1的表達(dá)量特點(diǎn)。結(jié)果顯示，濟(jì)麥22分蘗節(jié)中 TabZIP1表達(dá)量隨著溫度的降低表現(xiàn)出“升-降-升”的趨勢(shì)，且在0 ℃時(shí)達(dá)到最高，葉片表達(dá)量呈現(xiàn)出先升后降的趨勢(shì)，在-10 ℃時(shí)最高(圖3)；東農(nóng)冬麥1號(hào)分蘗節(jié)中 TabZIP1表達(dá)量先有所降低再增加，-10 ℃時(shí)達(dá)到峰值，葉片表達(dá)量表現(xiàn)為明顯的先增后降趨勢(shì)，峰值同樣出現(xiàn)在-10 ℃時(shí)(圖4)。濟(jì)麥22分蘗節(jié)中 TabZIP1相對(duì)表達(dá)水平在5 ℃及0 ℃時(shí)顯著高于葉片，率先對(duì)低溫響應(yīng)(圖3)；東農(nóng)冬麥1號(hào)葉片中 TabZIP1相對(duì)表達(dá)水平在0 ℃時(shí)顯著高于分蘗節(jié)，對(duì)低溫迅速響應(yīng)，但在-10 ℃時(shí)卻是分蘗節(jié)的 TabZIP1相對(duì)表達(dá)水平顯著高于葉片(圖4)?？傮w來(lái)說(shuō)，濟(jì)麥22分蘗節(jié)及東農(nóng)冬麥1號(hào)葉片中的 TabZIP1表達(dá)相比東農(nóng)冬麥1號(hào)分蘗節(jié)均在0 ℃時(shí)率先對(duì)低溫響應(yīng)，而東農(nóng)冬麥1號(hào)分蘗節(jié)則在-10 ℃時(shí)積極響應(yīng)低溫，表明東農(nóng)冬麥1號(hào)分蘗節(jié)是重要的抗寒器官。

**和*分別表示分蘗節(jié)與葉片差異在0.01和0.05水平上顯著。圖4同。

** and * indicate significant differences between tillering node and leaf at 0.01 and 0.05 levels,respectively. The same in Fig.4.

圖3 不同溫度下濟(jì)麥22分蘗節(jié)和葉片中 TabZIP1的相對(duì)表達(dá)量

Fig.3 Relative expression level of TabZIP1 in tillering node and leaf of Jimai 22 at different temperatures

2.3 ABA對(duì)東農(nóng)冬麥1號(hào)分蘗節(jié) TabZIP1表達(dá)模式的影響

由于低溫下 TabZIP1在東農(nóng)冬麥1號(hào)分蘗節(jié)中的表達(dá)量較高，所以利用RT-PCR分析低溫脅迫下東農(nóng)冬麥1號(hào)分蘗節(jié)中 TabZIP1對(duì)外源ABA的反應(yīng)。RT-PCR結(jié)果顯示，5 ℃和0 ℃時(shí)，對(duì)照的 TabZIP1相對(duì)表達(dá)量高于ABA處理，但差異不顯著； -10 ℃和-25 ℃時(shí)，ABA處理的 TabZIP1表達(dá)量均顯著高于對(duì)照(圖5)。

圖4 不同溫度下東農(nóng)冬麥1號(hào)分蘗節(jié)和葉片中 TabZIP1的相對(duì)表達(dá)量

**表示ABA處理與對(duì)照差異在0.01水平上顯著。

** indicates significant difference between ABA treatment and CK at 0.01 level.

圖5 不同溫度下ABA對(duì)東農(nóng)冬麥1號(hào)分蘗節(jié)中 TabZIP1相對(duì)表達(dá)量的影響

Fig.5 Relative expression level of TabZIP1 in tillering node of Dongnongdongmai 1 at different temperatures under ABA treatment

隨著低溫的降低，ABA處理組分蘗節(jié)的 TabZIP1表達(dá)量線性升高，且-25 ℃時(shí)達(dá)到最高(圖5)。可見(jiàn)，外源ABA對(duì) TabZIP1在低溫(-10 ℃以下)下的表達(dá)有誘導(dǎo)作用，且表現(xiàn)為正調(diào)控。

3 討 論

隨著分子生物學(xué)的快速發(fā)展，人類(lèi)已經(jīng)完成了擬南芥、水稻[12-20]等多種植物的基因組測(cè)序工作，科研工作者也對(duì)基因組中轉(zhuǎn)錄因子做出了預(yù)測(cè)和統(tǒng)計(jì)[20]， 轉(zhuǎn)錄因子的數(shù)量在植物基因組中占有相當(dāng)比重， 可見(jiàn)其在植物生命過(guò)程中的重要性。近年來(lái)，越來(lái)越多的bZIP轉(zhuǎn)錄因子被揭示參與調(diào)節(jié)體內(nèi)的多種生命現(xiàn)象[21-29]。以往研究表明，bZIP類(lèi)轉(zhuǎn)錄因子在植物組織中有表達(dá)差異，如許多在根中高量表達(dá)， 在莖和葉片中卻表達(dá)量很少或不表達(dá)[30-33]。本研究結(jié)果顯示，東農(nóng)冬麥1號(hào) TabZIP1在分蘗節(jié)和葉片中的表達(dá)量隨著溫度的降低而逐漸升高，且分蘗節(jié)高于葉片，分蘗節(jié)表達(dá)量在-10 ℃時(shí)達(dá)到峰值，這與實(shí)驗(yàn)室前期證明-10 ℃是冬小麥啟動(dòng)抗寒機(jī)制的關(guān)鍵溫度點(diǎn)相一致[34]；低溫下濟(jì)麥葉片中的 TabZIP1表達(dá)量也升高，最高表達(dá)量出現(xiàn)在-10 ℃時(shí)，而濟(jì)麥分蘗節(jié) TabZIP1表達(dá)量在低溫下較低，且在0 ℃時(shí)達(dá)到峰值，較東農(nóng)冬麥1號(hào)提前應(yīng)答低溫脅迫。

ABA作為一個(gè)關(guān)鍵的調(diào)節(jié)因子， 參與植物的各種生物和生理過(guò)程[35]。通過(guò)ABA調(diào)控基因的啟動(dòng)子研究已經(jīng)鑒定出很多ABA響應(yīng)元件，如ABRE元件[36]。很多ABRE元件包含1個(gè)ACGT核心序列，如小麥Em基因上游的Em1a元件(GGACACGTGGC)， 而其他的ABRE元件則不包含ACGT核心序列， 如大麥 HVA1基因上游的CE3元件(ACGCGTGTCCTC)、水稻 rab16B上游的“motif III”(GCCGCGTGGC)和人工合成元件hex-3 (GGACGCGTGGC)。研究表明， AtbZIP1轉(zhuǎn)錄因子基因通過(guò)與ABRE元件相結(jié)合， 參與ABA信號(hào)傳導(dǎo)通路[37]。在極端環(huán)境條件下，有效的抗氧化系統(tǒng)是植物抵抗逆境的一個(gè)重要途徑。研究發(fā)現(xiàn)，煙草在逆境脅迫條件下過(guò)量表達(dá)轉(zhuǎn)基因 ThbZIP1基因，可以提高過(guò)氧化物酶、超氧化物歧化酶的活性，增加可溶性糖和可溶性蛋白的含量，還可以加快活性氧的消除，促進(jìn)可溶性滲透劑的積累，誘導(dǎo)或增加可溶性蛋白的生物合成[38]。在正常情況下外源ABA可造成類(lèi)似逆境的脅迫，而脅迫條件下外源ABA則可提高植物自身防御機(jī)制[39]。LIU等研究表明，在-10 ℃及以上低溫時(shí)外源 ABA促進(jìn)了分蘗節(jié)中可溶性糖和淀粉的積累[40]。外源ABA可通過(guò)增加可溶性糖含量提高小麥、甜菜、水稻等抗寒性[41]。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，外源ABA促進(jìn)低溫(-10 ℃及以下溫度)環(huán)境中東農(nóng)冬麥1號(hào)分蘗節(jié)中 TabZIP1的表達(dá)，呈現(xiàn)正調(diào)控。但在5 ℃和0 ℃時(shí)ABA調(diào)控 TabZIP1的機(jī)制并未啟動(dòng)，這可能是5 ℃和0 ℃時(shí)ABA處理過(guò)的東農(nóng)冬麥1號(hào)分蘗節(jié) TabZIP1還未對(duì)寒冷做出應(yīng)答，這兩個(gè)溫度不足以啟動(dòng)ABA對(duì) TabZIP1的調(diào)控，而是在-10 ℃及以下溫度啟動(dòng)，這與實(shí)驗(yàn)室前期結(jié)果-10 ℃是東農(nóng)冬麥1號(hào)啟動(dòng)抗寒機(jī)制的關(guān)鍵溫度點(diǎn)相一致[34]。對(duì)于 TabZIP1是否參與強(qiáng)抗寒冬小麥東農(nóng)冬麥1號(hào)可溶性糖含量的提高、淀粉的積累及一些逆境相關(guān)酶活性的調(diào)節(jié)，有待進(jìn)一步研究。

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Bioinformatic Analysis and Effect of Low Temperature and ABA on TabZIP1 Expression Pattern of Winter Wheat Dongnongdongmai 1

Lü Yan,CANG Jing,LU Qiuwei,YANG Ning,FENG Mingfang,MENG Deyi, LIU Zengbing,PENG Kankan,XU Qinghua,ZHANG Da,YU Jing

(College of Life Science,Northeast Agricultural University,Harbin,Heilongjiang 150030,China)

In order to investigate the response of TabZIP1 to chilling stress and ABA regulation signal response mechanism,with strong cold resistance winter wheat variety ‘Dongnongdongmai 1’ and weak cold resistance cultivar ‘Jimai 22’ as experimental materials,samples were collected at 5 ℃，0 ℃，-10 ℃，-25 ℃,respectively,in the field of natural under cool conditions. The expression pattern of TabZIP1 in the blade and tiller node were analysed by RT-PCR. The regulation of ABA on TabZIP1 expression pattern of tillering in Dongnongdongmai 1 under different temperatures was explored with bioinformatics analysis. The results showed that,the full length of TabZIP1 is 1 167 bp,encoding 388 amino acids,and the expression product is a hydrophobic protein,localized in the mitochondria,with no signal peptide or transmembrane domain; and the secondary structure of TabZIP1 protein is mixed type. The expression level of TabZIP1 in leaves and tiller node of Dongnongdongmai 1 are both highest at -10 ℃,and higher in tiller node than in blade. While in Jimai 22,the expression level of TabZIP1 reached the maximum at 0 ℃ in tiller node,but at -10 ℃ in blade. Based on comprehensive analysis,the expression level of TabZIP1 in tillering node of Dongnongdongmai 1 is highest,which is significantly higher than that of Jimai 22. With ABA treatment,the expression level of TabZIP1 in tillering node of Dongnongdongmai 1 was significantly reduced with temperature increasing,with a maximum at 25 ℃.It is suggested that ABA treatment positively regulated the expression of TabZIP1,thereby improving the cold resistance of winter wheat.

Dongnongdongmai 1; Jimai 22; Cold stress; ABA; TabZIP1; Expression pattern

時(shí)間：2017-01-03

2016-08-04

2016-09-26

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31471423)；國(guó)家自然科學(xué)基金人才培養(yǎng)科研訓(xùn)練項(xiàng)目(J1210069)；黑龍江省自然科學(xué)基金項(xiàng)目 (C201418)

E-mail：1143262786@qq.com

蒼 晶(E-mail:cangjing2003@163.com)

S512.1；S332

A

1009-1041(2017)01-0022-08

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20170103.1625.008.html