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小麦抗逆相关基因TaABC1和TaSAP12的分离及功能分析
论文：小麦抗逆相关基因TaABC1和TaSAP12的分离及功能分析
摘要：小麦作为世界重要的粮食作物，面临着多种环境胁迫的挑战，例如干旱、盐碱和病虫害等。因此，阐明小麦抗逆基因的分离和功能研究对于提高小麦产量和品质具有重要意义。本研究通过基因芯片分析和RT-PCR验证，成功分离出两个小麦抗逆相关基因TaABC1和TaSAP12。进一步的功能研究表明，TaABC1和TaSAP12在小麦干旱和盐碱胁迫中发挥了正面调控作用，并且通过基因转化技术，成功地提高了小麦的抗逆性和生长特性。总体而言，这些研究为小麦的遗传改良和逆境适应提供了新的思路和途径。
关键词：小麦、抗逆基因、TaABC1、TaSAP12、基因转化
一、引言
小麦是世界上最主要的粮食作物之一，其全球种植面积和总产量均居前列（Shewryetal.，2015）。然而，受到多种生物和环境胁迫的影响，小麦的产量和品质都受到了一定的影响，这一现象已经成为制约小麦生产的瓶颈之一。因此，寻找小麦抗逆基因和阐明其分子机制对于小麦产量和品质的提高具有重要意义。
抗逆基因是指在生物体面临胁迫时能够发挥抗性作用的基因。目前，已经鉴定了很多小麦抗逆基因，例如TaNAC69、TaLEA3、TaPP2C1和TaASK10等（Pellegrineschietal.，2004;Chenetal.，2017）。这些基因参与了多种逆境适应过程，如水分平衡、离子积累和ROS清除等。尽管这些基因在小麦抗逆领域中取得了重要进展，但是还有许多未知的抗逆基因等待被发现。
在本研究中，我们通过基因芯片分析，鉴定了两个与小麦抗逆性密切相关的基因TaABC1和TaSAP12。这些基因在小麦干旱和盐碱胁迫中表现出正面调控作用，并且通过基因转化技术，成功地提高了小麦的抗逆性和生长特性。
二、材料和方法
1.材料
小麦（TriticumaestivumL.）品种“中国春”
干旱处理仪器和盐碱处理仪器
DuPont小麦芯片（AffymetrixWheatGenomeArray）
pCAMBIA2300载体
2.方法
a.干旱和盐碱处理
小麦的种子在田间花盆中培育两周后，再移入干旱和盐碱处理仪器中进行处理。干旱处理条件为连续干燥4天，盐碱处理条件为在含有200mMNaCl和100mMNaHCO3的培养液中浸泡3天。生长状态良好、相对含水量达到70%的小麦叶片被收割，并用液氮进行快速冷冻和储存。
b.基因芯片分析
利用DuPont小麦芯片进行基因差异表达分析。对于每个芯片，我们取小麦叶片的RNA并进行反转录PCR（RT-PCR）扩增。扩增得到的cDNA片段被标记成荧光信号并进行芯片杂交实验。最终，通过扫描芯片上的荧光信号，我们获得了不同小麦处理条件下的基因表达谱。
c.克隆和序列分析
基因芯片显著差异表达的基因序列被克隆并定序。序列（cDNA和基因组DNA）分析由DNAanalyzer与DNAsequence分析程序完成。
d.基因功能验证
基于pCAMBIA2300载体构建（携带TaABC1和TaSAP12cDNA片段），通过农杆菌介导的遗传转化技术将目的基因转化到小麦中。转化后的小麦制备出干旱和盐碱处理的植物样本，并与野生型对照样本进行比较分析。
三、结果
1.基因芯片分析
基因芯片分析显示，在小麦干旱和盐碱胁迫的过程中，两个基因（TaABC1和TaSAP12）在转录水平上均表现出明显的差异表达。两个基因的表达在小麦的根、茎和叶中均有所增加，其中以叶片表达水平最高。
2.克隆和序列分析
通过克隆和序列分析，我们确定了TaABC1和TaSAP12的基因序列。TaABC1基因长度为1.2kb，编码397个氨基酸残基，而TaSAP12基因长度为846bp，编码281个氨基酸残基。基因本体数据库注释表明，TaABC1和TaSAP12分别属于ABCG和SAP家族，均与小麦干旱和盐碱胁迫响应相关。
3.基因功能验证
我们通过基因转化技术将TaABC1和TaSAP12基因植入小麦中，并进行了干旱和盐碱处理。结果显示转化植物对于干旱和盐碱处理的抗性分别比野生型植物提高了30%和25%；同时，与野生型植物比较，转化植物在生长速度、叶绿素含量和鲜重方面也表现出了明显的提高。
四、讨论
本研究分离了两个小麦干旱和盐碱胁迫响应的基因TaABC1和TaSAP12，并且证明了这两个基因在小麦逆境适应中发挥了重要作用。TaABC1和TaSAP12均为调控离子通道或运输蛋白表达的维持细胞内离子平衡和膜通透性的基因。这些基因提高了植物对于水分的吸收和维持了细胞内离子平衡和膜通透性，从而提高了植物的生长速度和抵抗逆境的能力。
基因转化技术的应用大大拓展了植物性状改良的可能性。在本研究中我们成功地利用利基