小黑麦NAC转录因子基因TwNAC01克隆及生物信息学分析

NAC(NAM、ATAF1/2、CUC2)是在调控植物发育、衰老、生物与非生物逆境以及激素反应等方面具有重要作用的一类转录因子。为探索六倍体小黑麦耐干旱机制,本研究以六倍体小黑麦为材料,利用快速扩增cDNA末端(RACE)与反转录·聚合酶链反应(RT-PCR)技术克隆到1条NAC转录因子cDNA全长,分析了其生物信息学特点,同时利用实时定量PCR技术分析其在干旱胁迫下的组织部位表达特点。结果表明,所克隆小黑麦基因ORF全长1 059 bp,编码352个氨基酸。该基因预测蛋白中具有NAM亚家族保守的氨基酸序列,且其预测蛋白氨基酸序列与山羊草中的NAC转录因子氨基酸序列同源性高达90%以上。该基因预测蛋白属亲水性蛋白,无跨膜结构域与信号肽区域,二级结构包含45个α-螺旋,57个β-折叠和250个无规则卷曲。预测蛋白定位于细胞核内。在干旱胁迫下,该基因在开花后22 d的小黑麦幼粒和根部的表达量明显高于茎和叶,且表达量显著受干旱胁迫诱导。可见所克隆的基因为小黑麦NAC转录因子,将其命名为TwNAC01(GenBank登录号为MG736919),其在小黑麦抗旱应激反应中具有重要作用。小黑麦NAC转录因子基因TwNAC01的克隆对于揭示小黑麦的抗旱性机制以及小黑麦抗旱基因工程育种具有重要意义。

小黑麦TwNA C01基因功能分析

NAC是一类调控植物发育、衰老、生物与非生物逆境以及在激素反应方面具有重要作用的转录因子。为解析小黑麦TwNAC01基因的初步功能,本研究以从六倍体小黑麦中克隆到NAC转录因子基因TwNAC01为基础,构建了过表达载体pCAMBIA1300-35S-Tw NAC01,并通过蘸花法转化拟南芥,获得转基因拟南芥株系,对转基因与野生型拟南芥在干旱胁迫下的该基因表达量与相关生理指标进行了检测。结果表明,在干旱胁迫下,TwNAC01基因在拟南芥根部表达量显著高于叶部,同时在转Tw NAC01基因植株根和叶部的表达量均显著高于野生型及转空载体拟南芥。转TwNAC01基因拟南芥叶片在干旱胁迫下失水率较转空载体和野生型拟南芥降低,其电导率、H2O2和MDA含量较转空载体及野生型株系显著降低,但叶片含水量在转TwNAC01基因株系与较转空载体及野生型株系间差异不显著,而转Tw NAC01基因拟南芥根系长度分别是野生型和转空载体拟南芥根系长度的1.5倍和1.2倍,差异显著。可见Tw NAC01在拟南芥根部优势表达,其优势表达促进了根系的伸长,提高了拟南芥抗旱能力。本研究对于理解小黑麦的抗旱分子机制提供了重要依据,也为小黑麦抗旱育种奠定了分子基础。