玉米ZmGRAS13基因的克隆及功能研究

GRAS家族是植物特有的一类转录因子,在调控植物生长发育和响应逆境胁迫等方面发挥着重要作用。探究玉米(Zea mays L.)GRAS家族基因功能将为玉米新种质创制提供重要的基因资源。本研究克隆获得了ZmGRAS13基因(Zm00001eb401210),利用生物信息学分析、实时荧光定量PCR(qPCR)等技术对该基因的基本特性、组织表达特性及逆境胁迫下表达模式等进行分析。生物信息学分析结果显示,该基因编码序列全长为1638 bp,编码545个氨基酸;ZmGRAS13蛋白不具有跨膜结构,分子量为60.79 kD,理论等电点为5.86,具有GRAS家族所特有的保守结构域。对基因启动子上游2 kb序列进行分析,发现该序列含有与逆境胁迫、激素响应及光响应等相关的顺式作用元件。qPCR分析表明,ZmGRAS13基因在玉米不同组织中均有表达,且茎中的表达量最高;同时该基因在不同非生物胁迫处理条件下均有不同程度的诱导表达。玉米原生质体瞬时表达实验表明,ZmGRAS13蛋白定位于细胞核。在分别含有不同浓度梯度的NaCl、甘露醇(mannitol)、脱落酸(abscisic acid,ABA)、茉莉酸(jasmonic acid,JA)和水杨酸(salicylic acid,SA)的1/2 MS固体培养基上,转ZmGRAS13基因拟南芥株系的根长均显著长于野生型拟南芥;在土壤中,高盐和干旱处理下转基因拟南芥株系较野生型拟南芥生长状态更好,且绿叶率高于野生型。转ZmGRAS13基因拟南芥与野生型相比,抗逆生理指标MDA含量降低、叶绿素含量增加、POD和CAT活性增强,且差异均显著。由此推测,ZmGRAS13基因可能参与玉米生长发育调控和对逆境胁迫应答及激素信号转导途径。本研究为进一步解析ZmGRAS13在玉米中的生物学功能提供了重要的参考依据。